JPH09120593A - 記録再生装置 - Google Patents

記録再生装置

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JPH09120593A
JPH09120593A JP8065697A JP6569796A JPH09120593A JP H09120593 A JPH09120593 A JP H09120593A JP 8065697 A JP8065697 A JP 8065697A JP 6569796 A JP6569796 A JP 6569796A JP H09120593 A JPH09120593 A JP H09120593A
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Ichiro Fujiwara
一郎 藤原
Akio Machida
暁夫 町田
Shigeru Kojima
繁 小島
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高記録密度、高感度記録、高再生出力、低動
作電圧の記録再生装置を構成する。 【解決手段】 針状電極２１よりなるヘッドにより情報
を記録または再生する記録再生装置であって、ヘッドか
ら電圧を印加することにより記録媒体１０の所定領域の
電荷移動または分極反転による情報を記録または消去
し、ヘッドの非接触状体で情報の再生を行う。

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
な記録および再生を行う、あるいは記録情報の再生のみ
を行う記録再生装置に係わる。
【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
デマンドなど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再生装置の要求が益々高ま
っている。
【０００３】従来のランダムアクセスが可能な高密度記
録技術には、磁気記録、光記録、半導体メモリ等があ
る。
【０００４】半導体メモリではその集積度が年々向上し
ているにもかかわらず、半導体メモリの製造技術の例え
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、すなわち少なく
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】また、光記録、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】この光記録においても、その記録領域を小
さくする試みはなされているが、その光源として波長５
００ｎｍ付近の半導体レーザー光源が開発された場合で
も、物理的な限界、光の回折限界が存在するため１００
ｎｍ以下の記録領域（記録ビット）を実現することは難
しいとされている。
【０００７】また、磁気記録においても、特にハードデ
ィスクにおいて磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＭＲ型磁気
ヘッド）、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＧＭＲ型磁
気ヘッド）の開発により、記録密度の向上が著しいが、
再生ヘッドの感度の問題で１００ｎｍ以下の記録領域を
達成することは難しい。
【０００８】一方、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 Mic
roscope)、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Mic
roscope ）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、表面解析装置として大きな成功を収めて
いる。
【０００９】ＡＦＭでは試料とカンチレバーチップとの
原子間相互作用をプローブとして用いているが、近年Ａ
ＦＭは種々の物理量をプローブとして用いた走査型プロ
ーブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ) と
して発展している。最近、これらの手段すなわち原子、
分子にアクセスする手段を用いて、高密度メモリとして
の実現可能性の検討がなされている。
【００１０】これまでにＳＴＭまたはＡＦＭを用いて、
高密度記録実現の試みの報告はなされているが、原理的
な可能性が述べられているにとどまり、実用化に至って
いない。
【００１１】例えば、スタンフォード大学のクエート(Q
uate) 氏等は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ 2 膜およびＳｉＮ膜
を形成したＮＯＳ( ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ) 構造によ
る記録媒体を用いてＡＦＭの発展系である走査型容量顕
微鏡( ＳＣＭ：Scanning Capacitance Microscope)構成
によって高密度メモリへの応用の可能性を示した（R.C.
Barret and C.F.Quate;Journal of Applied Physics,70
2725-2733 (1991) 参照。) 。
【００１２】ところで、図２５に示すように、ｎ型Ｓｉ
基板１上に、熱酸化によるＳｉＯ2膜２および熱ＣＶＤ
法（化学的気相成長法）によるＳｉＮ膜３を被着形成
し、このＳｉＮ膜３上に金属電極４が被着されたいわゆ
るＭＮＯＳ（Metal Nitride Oxide Semiconductor)系の
記録媒体は、不揮発性半導体メモリの１つであるＥＥＰ
ＲＯＭ（Electrically Erasable Read Only Memory) で
すでに実用化されている。
【００１３】これらＮＯＳ系、ＭＮＯＳ系記録再生の基
本は、Ｓｉ半導体と、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ界面やその近傍
のＳｉＮ中のトラップとの間の電荷の移動を用いること
である。
【００１４】すなわち、この層構造でＳｉＯ2 ／ＳｉＮ
界面およびこの界面を形成するＳｉＮ層中（以下単にＳ
ｉＯ2 ／ＳｉＮ界面付近という）にキャリアのトラップ
が形成されることが分かっており、例えば図２５のＭＮ
ＯＳ系においてＳｉＮ膜３上の金属電極４（以下上部電
極という) に正電圧を掛けると、強電界によりＳｉ基板
１側から電子がＳｉＯ2 膜２をトンネルして、ＳｉＯ2
／ＳｉＮ界面付近のトラップに注入されてここに蓄積さ
れる。一方、上部電極４に負電圧を掛けると、逆向きの
強電界によりトラップに蓄積されている電子がＳｉ基板
１側にＳｉＯ2膜２をトンネルして放出されＳｉＯ2 ／
ＳｉＮ界面付近のトラップに存在する電子が欠乏する。
このようにして、ＭＮＯＳ記録媒体への電気パルス印加
に伴う電荷の移動により記録、消去を行っている。そし
て、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、この記録媒体すなわちＭＮＯＳ構造キャパシタの
静電容量の変化として電気的に読み出すという方法がと
られる。
【００１５】上述のクエート氏等の研究では、ＮＯＳ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の接触状態でその記録情
報に基ずく容量変化を、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採られている。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
であることを示した。この場合記録媒体にはキャリア
（電子）の移動を用いているものである。この場合、最
小記録領域は、直径約１５０ｎｍであり、トラップに蓄
積された電子は、７日間以上安定であった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した高
密度記録装置では、次に挙げる問題点がある。 （１）情報の再生すなわち容量変化の読み出しは、メタ
ルコートされたカンチレバーを記録媒体に接触させて動
作させていることから、カンチレバーすなわちヘッドの
記録媒体との接触による摩擦摩耗が大きいためにヘッド
の劣化が生じ、その結果として記録再生特性が劣化す
る。 （２）ＮＯＳ材料の特徴として、情報の記録消去時に必
要な時間がｍｓ（ミリ秒）オーダー、電圧が４０Ｖ（し
きい値電圧２５Ｖ）となり、高速、低電圧駆動を充分満
たすものではない。 （３）ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ界面に電荷が蓄積された場合、
電荷によりＳｉ基板側に空乏層が誘起され、この空乏層
により容量が大きくなることから、この容量を検出する
ことによる再生において、記録領域がに実効的に大きく
なってしまう。 （４）情報の再生は、記録媒体の容量変化を、カンチレ
バーの直後に設けたキャパシタセンサで直接的に検出し
ているが、この系での記録媒体表面形状に極めて敏感で
あり、特に場合によっては浮遊容量が大きくなる可能性
があり、信号のＳ／Ｎが劣化する。
【００１７】また、従来の容量変化検出方式を再生に用
いる方式の記録装置では静電容量型（ＣＥＤ）または高
密度記録が可能なＶＨＤビデオディスク等がある。しか
し、これを大容量の記録媒体とするには記録密度が低
く、また再生専用であって記録消去の機能を有するもの
ではない。
【００１８】本発明においては、鋭意研究を重ねた結
果、ＳＰＭと、強誘電体材料媒体，電荷蓄積材料媒体，
キャリア輸送可能の分子材料媒体との組み合わせによっ
て上述した諸問題の解決をはかることができ、高速、高
密度記録にすぐれ、またヘッドの長寿命化はかることが
できる記録再生装置を提供するに至ったものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、針状電極より
なるヘッドにより情報の記録または再生を行う記録再生
装置であって、ヘッド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分極反転により情報
を記録または消去する。そして、この所定領域に記録さ
れた情報の再生は、ヘッドが記録媒体に対して非接触状
態で、この領域における電荷または静電容量あるいは表
面電位の変化量もしくは変化量の微分を検出することに
より再生する。
【００２０】この本発明による記録再生装置において
は、針状電極ヘッドによる電圧印加により記録媒体に対
し、電荷移動または分極反転により情報を記録または消
去する態様をとることから、高速、高密度記録がなさ
れ、しかもその再生においては、記録媒体に対してヘッ
ドを非接触の状態で、記録媒体上の記録情報を、この微
小記録領域における電荷または静電容量あるいは表面電
位の変化量もしくは変化量の微分を検出することにより
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。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１および図２は、それぞれ本発
明装置に用いられる記録媒体１０の各基本構成を示す。
図１に示す基本構成においては、基板１１上に下部電極
１２、情報の記録がなされる活性層１３が形成された構
成を有し、図２に示す基本構成においては、基板１１上
に情報の記録がなされる活性層１３が形成され、基板１
１の活性層１３を有する側とは反対側に下部電極１２が
形成された構成を有する。
【００２２】活性層１３は、局所的な分極反転を行う強
誘電体層によって構成される。あるいはキャリア（電
子、ホール）の注入または放出、すなわち電荷移動がな
される電荷蓄積層によって構成される。
【００２３】これら記録媒体１０を構成する各強誘電体
層、電荷蓄積層の各構成料層は、それぞれ例えばスパッ
タリング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vap
or Deposition ）法、ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）法、分
子線蒸着法、通常の蒸着法、ＭＯＤ（Metal Oxide Depo
sition）法、レーザアブレーション法、ゾルゲル法、ス
ピンコート法、熱酸化法、熱窒化法などによって成膜す
ることができる。
【００２４】次に、本発明装置の記録、消去装置と、再
生装置の具体例を説明する。
【００２５】〔記録、消去装置〕図３は記録、消去装置
の一例の概略構成図を示す。この記録ヘッドＨＲ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２２は、バネ定数０．
０１〜１０［Ｎ／ｍ］のＳｉもしくはＳｉＮよりなりそ
の表面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｒ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。或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。
【００２６】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た
記録媒体１０の載置台であり、この載置台３０は更に記
録ヘッドすなわちカンチレバー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。
【００２７】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、常時記録媒体１０に対して、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。
【００２８】一方、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より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に重畳して印加する。
【００２９】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印加すること
により情報の記録を行う。
【００３０】〔再生装置〕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。この再生装置
は、基本的には、下記(i) 〜(iii) のいづれかの構成に
よる。 (i) 走査型マックスウエル応力顕微鏡（ＳＭＭ：Scanni
ng Maxwell Stress Microscope) 構成。 (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。 (iii) ケルビン力顕微鏡（ＫＦＭ：Kelvin Force Micro
scope ）構成。
【００３１】上記(i) 〜(iii) の構成について説明す
る。 〔(i) のＳＭＭ構成による場合。〕図４は、この再生装
置における再生ヘッド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
Molecular Electronics 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３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。
【００３２】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、更に再生ヘッド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。
【００３３】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。
【００３４】
【数１】 （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。） 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 は次式（数２）
のようになる。
【００３５】
【数２】
【００３６】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。この光検出器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。
【００３７】
【数３】
【００３８】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。
【００３９】
【数４】
【００４０】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。
【００４１】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。
【００４２】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。
【００４３】
【数５】
【００４４】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∂Ｃ／∂ｚ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Ｖ
off の制御回路４７にフィードバックしてＶoff の制御
を行って∂Ｃ／∂Ｚ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 、云い換えれば、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。
【００４５】〔(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。〕図５は、この再生
装置における再生ヘッドＨＰとその制御部の構成図を示
す。図５において図４と対応する部分には同一符号を付
して詳細な説明は省略する。
【００４６】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 Electron
ics and Bioelectronics,Vol.3 p79(1992)およびVol.79
p34(1995)参照）。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静電容量の検出を行うことがで
きる。
【００４７】先ず、通常のＳＭＭ機能について説明す
る。この場合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。この光検出器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。
【００４８】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））
を取出す。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。２ω
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１０との距離を一定に
制御できる。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。
【００４９】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。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∂Ｃ／
∂ｚ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∂Ｃ／∂ｚ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、云い換えれば、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。
【００５０】次にヘテロダイン検出方式によるＳＭＭに
ついて説明する。通常のＳＭＭ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るが、ヘテロダ
イン検出法を用いることによりカンチレバー機械的共振
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。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。Ｓ
ＭＭ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。
【００５１】
【数６】
【００５２】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５
７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。Ｖ RF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（Ｍ≒１）で振幅変調したものである。
【００５３】
【数７】
【００５４】
【数８】
【００５５】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から得たヘテロビート成分、ω0 成分、２ω0 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、カンチレバーの位置の
制御は、２ω0 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。
【００５６】
【数９】
【００５７】〔(iii) ケルビン力顕微鏡（ＫＦＭ：Kelv
in Force Microscope ）構成。〕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Applied PhysicsL
etters 52 1103 (1993)参照）。
【００５８】図６を参照して説明する。図６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３で説明した記録
ヘッドＨＲ自体を用いることができるが、この再生ヘッ
ドＨＲ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、前述した記録ヘッド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の表面電圧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を用いて高周波数領域における
高速の再生が可能となる。
【００５９】この載置台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、更に再生ヘッド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。
【００６０】そして、再生ヘッドすなわち針状電極２１
を有する圧電素子２３をもち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流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。そして、いま、記録媒体１０の表面電位を
Ｖｓ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）のようになり、カンチレバー２２は、力Ｆｚ
を受けて振動する。
【００６１】
【数１０】
【００６２】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。
この光検出器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。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 成分の出力を（数１１）
を取り出す。
【００６３】
【数１１】
【００６４】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２
ω成分による出力が一定になるようになれる。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。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１
０の表面形状の情報が得られることになる。
【００６５】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。
【００６６】
【数１２】
【００６７】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∂Ｃ／∂ｚの大きさによって変わることのないよう
に、更に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∂Ｃ／∂ｚの大きさによる影響を配して、 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上の表面電位分布の微分信号として生じる記録情
報を読み出すことができる。
【００６８】次に、本発明の実施例を説明する。その記
録・消去は、前述したように、分極反転によって行う態
様と、電荷移動によって行う態様とが採られる。そし
て、その記録情報の再生は記録媒体に対し再生ヘッドが
非接触状態で前記(i) 〜(iii)の再生装置によって電荷
または静電容量あるいは表面電位の変化量もしくは変化
量の微分として検出再生する。
【００６９】先ず、その記録消去が分極反転よる場合に
ついての実施例を説明する。 〔分極反転の記録・消去による場合〕図１もしくは図２
で示した基本構成によるが、この場合その活性層１３
は、強誘電体層を有する構成とされる。、この強誘電体
層は、例えばいわゆるＢｉ層状化合物の例えばＳｒＢｉ
ＴｉＯ、ＳｒＢｉＴａＯ、ＰｂＢｉＴａＯ、ＢａＢｉＮ
ｂＯ、例えばＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 、あるいはジルコン
酸チタン酸塩（ＰＺＴ）の例えばＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3 または高分子強誘電体のフッ化ビニリデンとトリフル
オロエチレン（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）共重合体等によって
構成する。
【００７０】この強誘電体層を有する記録媒体１０に対
する分極反転による記録・消去は、例えば先ずその強誘
電体層に、全面的に例えば正電圧の例えば１０Ｖの電圧
を印加して、強誘電体層の分極の向きを一方向に揃え
る。次に、図３で説明した記録ヘッドＨＲとしての針状
電極２１を先端に有する導電性カンチレバー２２に記録
電圧ＶR が｜ＶR ｜＜１０Ｖの例えば負電圧の−５Ｖ〜
−９Ｖのパルス電圧を印加することにより強誘電体層の
分極の向きを局所的に反転させ、この反転によって情報
の記録を行う。
【００７１】そして、この局所的に分極が反転した領域
に対し、所要の正電圧例えば５Ｖ〜９Ｖのパルス電圧を
印加することにより分極が反転されている領域を元に戻
して記録情報の消去を行う。
【００７２】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
の先の記録の消去過程を必要としない。
【００７３】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、その記録における針状電極との接触面積の直径を充
分小さくすることにより、強誘電体層の分極反転に必要
な時間を１ｎｓ以下とすることができる。
【００７４】更に、静電容量の変化量の高速検出もで
き、１ＭＨｚ以上の高周波数領域での高速再生ができ
る。また、記録領域（記録ビット）の直径を５０ｎｍ〜
１００ｎｍ程度とすることができて、高密度記録領域で
の記録、消去および再生ができる。
【００７５】記録媒体において、その活性層が、例えば
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 強誘電体層によって構成する場合
は、分極反転を１０12回繰り返しても疲労が殆ど生じる
ことのない材料であり、残留分極Ｐｒの２倍（２Ｐｒ）
の値は１５〜３０μＣ／ｃｍ 2 、抗電圧は２Ｖ程度以下
である。データの保持時間は、室温で１０年以上ある。
データの書換え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、電極面積を小さくすることにより１
ｎｓ以下となる。また、キャパシタ部分のスイッチング
特性は極めて速い。或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。
【００７６】［実施例１］この実施例における記録媒体
１０は、図７で示すように、導電性を有するＳｉ基板１
１上に、その表面熱酸化によるＳｉＯ2 絶縁膜１４が形
成され、これの上に、Ｔｉ下地層１５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
１２が形成され、この上に活性層１３としてのＢｉ層状
化合物のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 による強誘電体層６３が
ＭＯＤ法によって形成されて成る。
【００７７】この強誘電体層６３を有する記録媒体１０
に対する記録は、前述した図３で説明した記録態様によ
って、その記録ヘッドＨＲによって行った。すなわち、
記録媒体１０を、移動載置台３０上に配置し、この強誘
電体層６３に、針状電極２１を、点接触ないしは微小面
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いてパルス電圧
を印加して、強誘電体層６３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、強誘電体層６３の
表面に記録情報に応じた分極反転に起因する記録パター
ンを形成する。
【００７８】この実施例１においては、記録媒体１０か
らの記録情報の読み出しすなわち再生を、前記(i) のＳ
ＭＭ構成の再生装置によった。記録媒体１０の強誘電体
層６３の分極反転によって生じた表面電位Ｖｓの分布の
検出によって行った。
【００７９】図８はこの実施例１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層
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２８μＣ／
ｃｍ2 、抗電圧は約０．８Ｖであった。このようにＢｉ
層状化合物のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 は、良好なヒステリ
シス特性を示す強誘電体層であることが分かる。
【００８０】次に、この実施例１における記録消去、お
よび再生特性を示す。先ず、記録媒体１０のＳｒＢｉ2
Ｔａ2 Ｏ9 材料層の３μｍ×３μｍ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、逆極性の−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
せた。
【００８１】次に、図４で説明したＳＭＭ再生装置を用
いてＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 材料層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。図９およ
び図１０にそれぞれＳＭＭによって評価した表面形状と
表面電位のディスプレイ上の画像写真を示す。図９およ
び図１０の表面形状は、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。図９のＳＭＭ像のスキャンエリアは４
μｍ×４μｍである。まず３μｍ×３μｍの部分のコン
トラストが暗くなっており、その周辺と比較して分極が
反転していることが分かる。このコントラストが暗い部
分の中に明るい３つのスポットの部分があることが分か
る。これは−７Ｖの逆電圧によって分極の向きが周囲と
比較して反対になっていることを示している。図１０は
スキャンエリアを１．５μｍ×１．５μｍとした場合で
１つのスポットが示されている。この観測されたスポッ
トは、個々の記録ビットに対応し、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ
9 による記録媒体に対して記録、再生、消去が可能であ
ることが分った。
【００８２】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。
【００８３】また、情報記録において、このＳｒＢｉ2
Ｔａ2 Ｏ9 強誘電体層６３に、上述とは反対に、−９Ｖ
を印加して自発分極を一方向に揃えて後、逆極性の＋７
Ｖのパルス電圧をかけた場合、ＳＭＭの表面電位分布で
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、強誘電体層６３の分極の局所的な反
転の方向が反対になって記録がなされることが分かる。
また、オーバーライト特性も有することが分かった。
【００８４】このことから、強誘電体層６３を有する記
録媒体１０の局所的な分極の向きがカンチレバーの針状
電極による記録ヘ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
分極の向きをディ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ィジタルデータの
“０”と“１”に対応させることにより高密度記録がで
きる。
【００８５】図９に示した記録ビットの直径は、約５０
０ｎｍであったが、種々の実験の結果、この記録ビット
の直径は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
よりの小さいことが分かった。そして、局所的に分極の
向きが反転した領域は、充分安定に保持されることが分
かった。
【００８６】そして、このＳＭＭ再生において、パルス
電圧の印加の前後で表面形状の変化はみられなかった。
したがって、パルス電圧の印加によって記録媒体の表面
が変質することがなく良好な状態が保たれていることが
分かった。
【００８７】また、記録媒体１０として、Ｔｉ下地層１
５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６で示した
記録媒体１０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。
【００８８】上述したところから、実施例１においても
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
が分かる。
【００８９】〔実施例２〕この実施例２は、前記実施例
１で用いた記録媒体１０と同一構成、すなわちＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 強誘電体層を有する記録媒体１０を用い
て、実施例１と同様の記録を行った。すなわち、実施例
１におけると同様に、＋９Ｖの直流電圧の印加により自
発分極方向を一方向に揃えて後、逆極性の−７Ｖのパル
ス電圧を、記録ヘッドＨＲすなわち針状電極２１から印
加して、記録情報に応じて局所的に分極を反転させるこ
とにより情報の記録を行った。
【００９０】そして、この実施例２においては、この記
録媒体１０における記録情報の再生を前記(ii)のヘテロ
ダイン検出方式によるＳＭＭ構成の再生装置によって、
記録媒体１０の強誘電体層６３の分極反転によって生じ
た静電容量の分布の検出によって行った。
【００９１】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例１と同等の結果が得られるが、この実施例において
は、記録媒体に記録された情報の読み出しを、前記(ii)
のヘテロダイン検出方式によったことから１０ＭＨｚの
高周波数に対応する静電容量分布に起因した記録ビット
の応答信号を検出再生することができた。
【００９２】この実施例においても、上述したとは逆極
性の−９Ｖで強電体層の自発分極を一方向に揃え、その
後＋７Ｖのパルス電圧を記録ヘッドすなわち、針状電極
２１から印加して情報の記録を行うことができた。また
オーバーライトもできた。
【００９３】また、この実施例２においても、記録媒体
１０として、Ｔｉ下地層１５を挿入しない場合の記録媒
体の記録・消去，再生特性を検討した結果、この場合も
Ｔｉ下地層を配置した場合と同等な特性を示すことを確
認した。
【００９４】〔実施例３〕この実施例３は、前記実施例
１で用いた記録媒体１０と同一構成、すなわちＳｒＢｉ
2 Ｔａ2 Ｏ9 強誘電体層を有する記録媒体１０を用い
て、実施例１におけると同様に、＋９Ｖの直流電圧の印
加により自発分極方向を一方向に揃えて後、逆極性の−
７Ｖのパルス電圧を、記録ヘッドＨＲすなわち針状電極
２１から印加して、記録情報に応じて局所的に分極を反
転させることにより情報の記録を行った。
【００９５】この場合、記録・消去に関する特性は、い
うまでもなく、実施例１と同一の結果が得られるが、こ
の記録媒体に記録された情報の読み出しは、前記(iii)
のＫＦＭによる再生装置によって記録媒体１０の強誘電
体層６３の局所的分極反転による分極の向きの差を、表
面電位Ｖｓの微分の分布として検出することによって行
った。
【００９６】そして、このＫＦＭによる表面形状と表面
電位Ｖｓの微分像を検討したところ、このＫＦＭによる
観察においても、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。
【００９７】また、実施例１で述べたように、分極の向
きの差は電位差では約７０ｍＶであり、ＫＦＭの電位分
解能は、３ｍＶであることから、このＫＦＭによって、
例えばディジタル信号“０”および“１”のデータの識
別は充分に行えた。
【００９８】そして、このようにＫＦＭ再生装置による
場合、共振周波数が１．５ＭＨｚで、バネ定数が充分小
さい例えば０．１〜３〔Ｎ／ｍ〕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
の応答信号の検出再生を行うことができた。
【００９９】また、強誘電体層６３に、−９Ｖの直流電
圧を印加して分極を一方向に揃えた後に、＋７Ｖのパル
ス電圧を前述したと同様の方法によって印加して、情報
の記録を行った場合、ＫＦＭの表面電位の変化量の微分
の分布で観察される画像のコントラストも逆転した。
【０１００】また、この実施例においても、記録媒体１
０として、Ｔｉ下地層１５を設けない場合の記録・消
去、再生特性は、Ｔｉ下地層１５を設けた場合と同等の
特性を示した。
【０１０１】〔実施例４〕この実施例では、実施例１と
同様の構成としたが、この実施例４においては、その記
録媒体１０の強誘電体層６３の構成材料を、ＳｒＢｉ2
Ｎｂ2 Ｏ9 とした。この場合においても、実施例１と同
等の記録・消去、再生特性が得られた。
【０１０２】〔実施例５〕この実施例では、実施例２と
同様の構成としたが、この実施例５においては、記録媒
体１０の強誘電体層６３の構成材料を、ＳｒＢｉ2 Ｎｂ
2 Ｏ9 とした。この場合においても、実施例２と同等の
記録・消去、再生特性が得られた。
【０１０３】〔実施例６〕この実施例では、実施例３と
同様の構成としたが、この実施例６においては、記録媒
体１０の強誘電体層６３の構成材料を、ＳｒＢｉ2 Ｎｂ
2 Ｏ9 とした。この場合においても、実施例３と同等の
記録・消去、再生特性が得られた。
【０１０４】〔実施例７〕この実施例では、記録媒体１
０の記録がなされる活性層１３を、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）強誘電体層とした。この実施例７にお
ける記録媒体１０は、図１１にその概略断面図を示すよ
うに、導電性を有するＳｉ基板１１上に熱酸化によって
ＳｉＯ2 絶縁層１４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１
２Ａ、Ｉｒ電極層１２Ｂを順次被着形成して下部電極層
１２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）Ｏ3 ）による強誘電
体層７３をスパッタリングによって厚さ３００ｎｍに形
成した。このＰＺＴの特徴は、残留分極Ｐｒの２倍（２
Ｐｒ）の値は４０〜６０μＣ／ｃｍ2 であること、すな
わち実施例１におけるＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 強誘電体層
６３の約２倍程度を示すということである。また、抗電
圧は２Ｖ以下である。
【０１０５】尚、これまで問題となっていた強誘電体層
ＰＺＴ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。データすなわち情報の書換時間は、カ
ンチレバーの針状電極との接触によること、つまりその
接触面積が小さいことから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。
【０１０６】この実施例７においては、その記録・消去
および再生は、実施例１で説明したと同様の方法によっ
た。すなわち、その記録情報の再生、すなわち記録情報
に基く表面電位分布の検出は、前記(i) によるＳＭＭ構
成による再生装置とした。
【０１０７】この実施例における記録媒体も、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４０μ
Ｃ／ｃｍ2 、抗電圧は１．５Ｖであった。
【０１０８】この実施例７の記録・消去、再生特性を示
す。先ず、４μｍ×４μｍの領域に＋９Ｖの電圧、電界
０．３ＭＶ／ｃｍをＰＺＴ強誘電体層に印加して自発分
極の方向を一方向に揃える。次に、逆極性の−７Ｖのパ
ルス電圧を、ＰＺＴ強誘電体層に印加して、局所的に分
極の向きを反転させて情報の記録を行った。この記録媒
体の表面電位分布をみたところ、分極の反転部分で周囲
に比し明るい部分が観察され、此処で分極が反転してい
ることが分かった。つまり、このＳＭＭによって情報の
検出（再生）を行うことができる。
【０１０９】すなわち、実施例７においても、−７Ｖの
電圧によって分極の向きが反転され、強誘電体の特徴と
して分極の向きが電界の方向に揃うことが示された。ま
た、オーバーライトも可能であることが分かった。この
２種類の分極の向きをディジタルデータのストレージ
“０”，“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とでディジタルデ
ータの“０”と“１”に対応させた高密度記録が可能に
なることが分かった。
【０１１０】また、種々の実験の結果、記録領域（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。分極反転のスイッチング時間も１μ
ｓより小さいことが分かった。また、局所的に分極が反
転した領域は充分安定に保持されることが分かった。
【０１１１】そして、このＳＭＭ再生において、パルス
電圧の印加の前後で表面形状の変化はみられなかった。
したがって、パルス電圧の印加によって記録媒体の表面
が変質することがなく良好な状態が保たれていることが
分かった。
【０１１２】また、この実施例においても、上述したと
は逆極性の−９Ｖの直流電圧で強誘電体層の自発分極を
一方向に揃え、＋７Ｖのパルス電圧を記録ヘッドＨＲ、
すなわち針状電極２１から印加して情報の記録を行うこ
ともできた。また、オーバーライトもできた。
【０１１３】上述したところから、実施例７においても
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
が分かる。
【０１１４】〔実施例８〕この実施例８は、前記実施例
７で用いた記録媒体１０と同一構成、すなわちＰＺＴ強
誘電体層を有する記録媒体１０を用いて、実施例７と同
様の記録装置とした。この場合においても実施例７にお
けると同様に、＋９Ｖの直流電圧の印加により自発分極
方向を一方向に揃えて後、逆極性の−７Ｖのパルス電圧
を、記録ヘッドＨＲすなわち針状電極２１から印加し
て、記録情報に応じて局所的に分極を反転させることに
より情報の記録を行った。
【０１１５】そして、この実施例８においては、この記
録媒体１０における記録情報の再生を前記(ii)のヘテロ
ダイン検出方式によるＳＭＭ構成の再生装置によって、
記録媒体１０の強誘電体層７３の分極反転によって生じ
た静電容量の分布の検出によって行った。
【０１１６】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例７と同等の結果が得られるが、この実施例において
は、記録媒体に記録された情報の読み出しを、前記(ii)
のヘテロダイン検出方式によったことから１０ＭＨｚの
高周波数領域における静電相互作用の差に起因する記録
ビットの応答信号を検出再生することができた。
【０１１７】また、この実施例においても、上述したと
は逆極性の−９Ｖの直流電圧で強誘電体層の自発分極を
一方向に揃え、＋７Ｖのパルス電圧を記録ヘッドＨＲ、
すなわち針状電極２１から印加して情報の記録を行うこ
ともできた。また、オーバーライトもできた。
【０１１８】〔実施例９〕この実施例９は、前記実施例
７で用いた記録媒体１０と同一構成、すなわちＰＺＴ強
誘電体層を有する記録媒体１０を用いて、実施例７と同
様の記録を行った。すなわち、実施例１におけると同様
に、＋９Ｖの直流電圧の印加により自発分極方向を一方
向に揃えて後、逆極性の−７Ｖのパルス電圧を、記録ヘ
ッドＨＲすなわち針状電極２１から印加して、記録情報
に応じて局所的に分極を反転させることにより情報の記
録を行った。
【０１１９】そして、この実施例９においては、この記
録媒体１０における記録情報の再生を前記(iii) のＫＦ
Ｍによる再生装置によって記録媒体１０の強誘電体層６
３の局所的分極反転による分極の向きの差を、表面電位
Ｖｓの微分の分布として検出することによって行った。
【０１２０】そして、このＫＦＭによる表面形状と表面
電位Ｖｓの微分像を検討したところ、このＫＦＭによる
観察においても、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。
【０１２１】そして、このようにＫＦＭ再生装置による
場合、共振周波数が１．５ＭＨｚで、バネ定数が充分小
さい例えば０．１〜３〔Ｎ／ｍ〕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
の応答信号の検出再生を行うことができた。
【０１２２】また、この実施例においても、上述したと
は逆極性の−９Ｖの直流電圧で強誘電体層の自発分極を
一方向に揃え、＋７Ｖのパルス電圧を記録ヘッドＨＲ、
すなわち針状電極２１から印加して情報の記録を行うこ
ともできた。また、オーバーライトもできた。
【０１２３】〔実施例１０〕この実施例では、記録媒体
の記録がなされる活性層１３を、高分子強誘電体層とし
た。すなわち、この記録媒体１０は、図１２でその概略
断面図を示すように、導電性を有するＳｉ基板１１上に
熱酸化によって厚さ２０ｎｍのＳｉＯ2 絶縁層１４を形
成し、これの上にＰｔ下部電極層１２をスパッタリング
によって形成した。そして、これの上に高分子強誘電体
のフッ化ビニリデンとトリフルオロエチレン（ＶＤＦ−
ＴｒＦＥ）共重合体薄膜層１２３を蒸着法またはスピン
コート法で３００ｎｍの厚さに形成した。この共重合体
薄膜層は、フッ化ビニリデンの含有量が５０％以上で強
誘電性を示す。
【０１２４】この記録媒体１０に対する記録・消去は、
前述の各実施例と同様に、図３で説明した構成の記録手
段によるものの、この実施例１０においては、その記録
媒体に＋２０Ｖの電圧を印加して、その自発分極を一方
向に揃え、その後針状電極２１による記録ヘッドＨＲ
に、記録情報に応じて−１０Ｖのパルス電圧の印加によ
って局所的に分極反転を生じさせることにより、情報の
記録を行った。そして、その再生は、実施例１と同様に
前記(i) の構成すなわちＳＭＭによる再生装置によっ
た。
【０１２５】次に、この実施例１０の記録消去、再生特
性を示す。先ず、５μｍ×５μｍの領域に２０Ｖの電圧
を高分子強誘電体層に印加して自発分極の方向を一方向
に揃える。次に、逆極性の−１０Ｖの電圧を高分子強誘
電体層に印加して、局所的に分極の向きを反転させる。
次に、ＳＭＭを用いて分極の向き分布を評価した結果、
５μｍ×５μｍの部分のコントラストが暗くなってお
り、その周辺と比較して明るい部分が存在していて、此
処で分極が反転していることが分かった。これは−１０
Ｖの電圧印加によって分極の向きが反対になっているこ
とを示しており、また、これにより局所的分極反転に基
く記録情報の再生が可能であることが分かった。またオ
ーバーライトも可能であることが分かった。つまり、こ
れら２種類の分極の向きをディジタルデータの“０”と
“１”のストレージ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ィジタル
データの“０”と“１”に対応させた高密度記録が可能
になることが分かった。
【０１２６】また、種々の実験の結果、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。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。また、局所的に分極が反転した領域は
充分安定に保持されることが分かった。
【０１２７】そして、このＳＭＭ再生において、パルス
電圧の印加の前後で表面形状の変化はみられなかった。
したがって、パルス電圧の印加によって記録媒体の表面
が変質することがなく良好な状態が保たれていることが
分かった。
【０１２８】また、この実施例においても、上述したと
は逆極性の−２０Ｖの直流電圧で強誘電体層の自発分極
を一方向に揃え、＋１０Ｖのパルス電圧を記録ヘッドＨ
Ｒ、すなわち針状電極２１から印加して情報の記録を行
うこともできた。また、オーバーライトもできた。
【０１２９】上述したところから、この実施例で高密度
記録再生装置として充分な機能をもっていることが分か
った。
【０１３０】〔実施例１１〕この実施例１１は、前記実
施例１０で用いた記録媒体１０と同一構成、すなわち高
分子強誘電体層を有する記録媒体１０を用いて、実施例
１０と同様の記録を行った。すなわち、実施例１０にお
けると同様に、２０Ｖの直流電圧の印加により自発分極
方向を一方向に揃えて後、逆極性の−１０Ｖのパルス電
圧を、記録ヘッドＨＲすなわち針状電極２１から印加し
て、記録情報に応じて局所的に分極を反転させることに
より情報の記録を行った。
【０１３１】そして、この実施例１１においては、この
記録媒体１０における記録情報の再生を前記(ii)のヘテ
ロダイン検出方式によるＳＭＭ構成の再生装置によっ
て、記録媒体１０の強誘電体層１２３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った。
【０１３２】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例１０と同一の結果が得られるが、この記録媒体に記
録された情報の読み出しは、前記(ii)のヘテロダイン検
出方式によったことから１０ＭＨｚの高周波数領域にお
ける静電相互作用の差に起因する記録ビットの応答信号
を検出することができた。
【０１３３】また、この実施例においても、上述したと
は逆極性の−２０Ｖの直流電圧で強誘電体層の自発分極
を一方向に揃え、＋１０Ｖのパルス電圧を記録ヘッドＨ
Ｒ、すなわち針状電極２１から印加して情報の記録を行
うこともできた。また、オーバーライトもできた。
【０１３４】上述したところから、この実施例で高密度
記録再生装置として充分な機能をもっていることが分か
った。
【０１３５】〔実施例１２〕この実施例１２は、前記実
施例１０で用いた記録媒体１０と同一構成、すなわち高
分子強誘電体層を有する記録媒体１０を用いて、実施例
１０におけると同様に、２０Ｖの直流電圧の印加により
自発分極方向を一方向に揃えて後、逆極性の−１０Ｖの
パルス電圧を、記録ヘッドＨＲすなわち針状電極２１か
ら印加して、記録情報に応じて局所的に分極を反転させ
ることにより情報の記録を行った。
【０１３６】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例１０と同一の結果が得られるが、この記録媒体に記
録された情報の読み出しは、前記(iii) のＫＦＭによる
再生装置によって記録媒体１０の強誘電体層１２３の局
所的分極反転による分極の向きの差を、表面電位Ｖｓの
微分の分布として検出することによって行った。
【０１３７】そして、このＫＦＭによる表面形状と表面
電位Ｖｓの微分像を検討したところ、このＫＦＭによる
観察においても、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。
【０１３８】また、このＫＦＭによって、例えばディジ
タル信号“０”および“１”のデータの識別は充分に行
えた。
【０１３９】また、この実施例においても、上述したと
は逆極性の−２０Ｖの直流電圧で強誘電体層の自発分極
を一方向に揃え、＋１０Ｖのパルス電圧を記録ヘッドＨ
Ｒ、すなわち針状電極２１から印加して情報の記録を行
うこともできた。また、オーバーライトもできた。
【０１４０】上述したところから、この実施例で高密度
記録再生装置として充分な機能をもっていることが分か
った。
【０１４１】ところで、上述した実施例１〜１２におい
ては、記録媒体を構成する強誘電体層が、ＳｒＢｉＴａ
Ｏ，ＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 ，Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ，
ＰＺＴ，ＶＤＦ−ＴｒＦＥである場合を例示したが、他
のＢｉ層状化合物、あるいは例えばＬａドープＰＺＴ
（ＰＬＺＴ）または他の高分子強誘電体材料等によって
構成することもできる。
【０１４２】また、上述した実施例１〜１２において
は、下部電極１２が、基板１１の、活性層１３（実施例
１〜１２においては強誘電体層）を有する側において、
活性層１３下に配置した図１の構成による記録媒体を用
いた場合であるが、図２の構成によるように、下部電極
１２が、例えばＳｉ半導体による基板１１の活性層１３
を有する側とは反対側に配置する構成とすることもでき
る。この場合の記録媒体１０に対する情報の記録は、強
誘電体層の特徴、すなわち自発分極を有し、その方向が
電界によりコントロールできることにより、その電界の
方向に対して２つの双安定点をもち、電界を取り除いて
もその状態を保持することの双安定を利用して，ディジ
タルデータの“０”および“１”に対応させ、両者の間
を高速にスイッチングさせることにより半導体基板表面
での基板側に形成される空間電荷層を“蓄積状態”と
“空乏状態”とを、例えば“０”と“１”とに対応させ
ることによってその記録を行う。
【０１４３】この記録媒体における静電容量の電圧依存
性を図１２に示す。静電容量は、印加バイアス電圧に対
してヒステリシスを示している。これは強誘電体膜の自
発分極の向きに対応して半導体基板表面に形成される空
間電荷層の２つの状態、すなわち“蓄積状態”と“空乏
状態”に対応している。このときの電圧のシフト量ΔＶ
は強誘電体膜の自発分極の大きさに依存している。
【０１４４】この場合においても、その情報の記録構成
は、図３で説明したＡＦＭ構成によることができ、再生
構成は、前記(i) 〜(iii) のいづれかによることができ
る。
【０１４５】すなわち、この場合、強誘電体層に正の電
圧の例えば＋１０Ｖの電圧を印加することにより、自発
分極の方向を一定方向に揃え、次に、図３の記録ヘッド
ＨＲの針状電極に負の電圧の例えば−９Ｖのパルス電圧
を印加することにより、上述したように、強誘電体膜の
分極の向きを反転させて、空間電荷層を”“蓄積状態”
または“空乏状態””にして情報の記録を行う。次に、
７Ｖのパルス電圧を印加することにより、分極の向きを
反転させて情報の消去を行う。また、逆に先に負の電圧
の例えば−１０Ｖを印加して自発分極を一方向に揃え、
その後正の電圧の例えば＋９Ｖのパルス電圧印加によっ
て情報の記録を行うようにすることもできる。しかしな
がら、いずれの場合においても、情報のいわゆるオーバ
ーライトが可能であるので、この消去は必ずしも要する
ものではない。
【０１４６】情報の再生には、記録媒体中での分極の向
きが局所的に反転した領域と反転していない領域とでの
空間電荷層の“蓄積状態”と“空乏状態”との静電容量
の変化量または表面電位量の変化量として検出すること
によって再生する。しかしながら、この場合、カンチレ
バーと自発分極との静電相互作用に起因した表面電位ま
たは静電容量を直接検出しているため空間電荷層自体の
容量の検出によるものではないことから空間電荷層の実
質的拡がりを来すことはない。
【０１４７】記録および消去は、２０Ｖ以下の上述の例
えば１０Ｖはもとより、更にこれ以下で可能であり、材
料すなわち材料特性、厚さ等のパラメータを最適化する
ことにより、５Ｖ以下が充分可能である。また記録媒体
の記録ヘッドとの接触面積を充分小さくすることにより
強誘電体膜の分極反転に必要な時間は１ｎｓ程度である
ことが確認されており、更に本発明装置においては、１
μｓ以下の分極反転および空間電荷層のスイッチング時
間を達成できた。また、高速の静電容量変化量の検出も
可能であり，１ＭＨｚ以上の高速再生もできた。また、
記録領域（記録ビット）の直径５０〜１００ｎｍ程度で
の高密度記録ができた。
【０１４８】そして、このようにＫＦＭ再生装置による
場合、共振周波数が１．５ＭＨｚで、小さいバネ定数、
例えば０．１〜３．０〔Ｎ／ｍ〕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
の応答信号の検出再生を行うことができた。
【０１４９】［実施例１３］この実施例における記録媒
体１０は、図１４にその概略断面図を示すように、基板
１１としての単結晶Ｓｉ基板の一主面上に、スパッタリ
ングによって下地層いわばバッファ層９としてＳｒＴｉ
Ｏ3 層を厚さ３０ｎｍに成膜し、その後、酸素雰囲気中
で６５０℃の熱処理を行った。このようにして成膜され
たＳｒＴｉＯ 3 下地層は、基板１１に良く整合して結晶
性にすぐれたバッファ層として形成された。この下地層
（バッファ層）９上に、ＭＯＣＶＤ法でＰｂ（Ｚｒ，Ｔ
ｉ）Ｏ 3 （ＰＺＴ）を厚さ３００ｎｍに成膜して活性層
１３となるＰＺＴ強誘電体層７３を形成した。このよう
に、形成されたＰＺＴ強誘電体層７３は、ペロブスカイ
ト型の結晶構造を示し、高密度で微細なグレインを有し
ている。すなわち、上述の方法によって形成された熱処
理後のＳｒＴｉＯ3 下地層（バッファ層）９は、ペロブ
スカイト型結晶構造となり、格子定数も近いため、ＰＺ
Ｔ成膜時すなわち結晶成長に際しての有効な初期核とし
て働く。つまり、ＰＺＴ成長用の基板として用いること
ができるものである。また、基板１１の裏面には、オー
ミックに下部電極１２が形成される。
【０１５０】このＰＺＴの特徴は、残留分極Ｐｒの２倍
（２Ｐｒ）の値は、４０〜６０μＣ／ｃｍ2 である。ま
た、分極値を０とする電圧である抗電圧は２Ｖ以下であ
る。ＰＺＴの疲労は、作製法の最適化およびバッファ層
すなわち下地層９の挿入により改善され、１０11回の分
極反転でも残留分極値の減少は認められない。データの
書き換え時間は２ｎｓとなる。
【０１５１】この強誘電体層７３を有する記録媒体１０
に対する記録は、前述した図３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、この強誘電体膜に、針状電極２１を、いわば
点接触ないしは微小接触させて、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
に基いてパルス電圧を印加して、強誘電体層７３に局部
的に分極反転を生じさせて情報の記録を行う。
【０１５２】この記録媒体１０からの記録情報の読み出
しすなわち再生は、強誘電体層７３に局部的に分極反転
による空間電荷層の分布の差を表面電荷層の分布、すな
わち表面電位ＶS の分布として検出して行う。この実施
例においては、この検出、すなわち再生装置は、図４の
ＳＭＭ構成すなわち前記(i) の構成による再生装置によ
った。
【０１５３】この実施例１３における記録媒体の電圧分
極特性を評価した。これは、強誘電体材料特有のヒステ
リシス特性を示した。この場合の残留分極Ｐｒの２倍
（２Ｐｒ）の値は４０μＣ／ｃｍ2 、抗電圧は約１．５
Ｖであった。このように、ＳｒＴｉＯ3 ／Ｓｉ基板のＰ
ＺＴ薄膜は、良好なヒステリシス特性を示す強誘電体膜
であることが分かる。
【０１５４】次に、この実施例１３における記録消去再
生特性を示す。先ず、３μｍ×３μｍの領域に、９Ｖの
直流電圧を印加してＰＺＴ強誘電体層の自発分極の方向
を一方向に揃える。次に、逆極性の−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、自発分極
に起因する空間電荷層の状態を、“蓄積状態”から“空
乏状態”に、もしくはその逆の“蓄積状態”から“空乏
状態”として、情報に応じた局所的な空間電荷層の分布
を形成する。次に、図４のＳＭＭ構成すなわち前記(i)
による再生機構によってＰＺＴ強誘電体層の局所的分極
の向きに起因する空間電荷層の差の分布を表面電位の分
布として検出すなわち再生する。
【０１５５】ＳＭＭによってパルス電圧を印加した記録
媒体の表面形状と表面電位を検討した。このときの、Ｓ
ＭＭ像のスキャンエリアは、５μｍ×５μｍとした。先
ず３μｍ×３μｍの部分のコントラストが暗くなってお
り、その周辺と比較して分極が反転してＰＺＴの自発分
極が一方向に反転して空間コントラストが明るいスポッ
トの部分すなわち、記録ビットが観察された。これは−
７Ｖの電圧印加によって分極の向きの反転に起因した空
間電荷層の状態の反転している部分に対応している。
【０１５６】この分極の向きの差、すなわち空間電荷層
の２種類の状態すなわち“蓄積状態”または“空乏状
態”に起因するクーロン相互作用の差は、表面電位差で
約５０ｍＶであり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶである
ことから、Ｓｉ基板空間電荷層の“蓄積状態”と“空乏
状態”との静電容量の変化量は表面電位の変化量とし
て、記録された情報を非接触な状態で再生することがで
きることが分かった。
【０１５７】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した
後、＋７Ｖのパルス電圧をかけた場合、すなわち、上記
とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＭＭの表面電
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、ＰＺＴの分極の局所的な反
転の方向に起因する空間電荷層の状態が反対になってい
ることがわかる。また、オーバーライト特性も有するこ
とが分かった。
【０１５８】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に起因した空間電荷層の状態がカ
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
分極の向きに起因するＳｉ基板表面の空間電荷層の“蓄
積状態”と“空乏状態”とをディジタルデータのストレ
ージの“０”と“１”に対応させて情報を記録再生消去
することができる。すなわち、コントラストの明るい部
分と暗い部分でディジタルデータの“０”と“１”に対
応させることにより高密度記録ができる。
【０１５９】面記録密度の目安となる記録ビットの直径
は、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、分極反転に起因する空
間電荷層の“蓄積状態”と“空乏状態”とのスイッチン
グ時間も１μｓよりの小さいことが分かった。また、情
報を局所的に分極の向きが反転した領域に記録した場
合、情報は充分安定に長時間保持されることが確認され
た。
【０１６０】上述したところから、実施例１３が、目的
とする高密度記録再生装置として充分な機能をもってい
ることが分かった。
【０１６１】〔実施例１４〕実施例１３と同様の記録媒
体を用いて実施例１３と同様の記録方法によって情報の
記録を行った。そして、この実施例１４においては、そ
の再生を、前記(ii)のヘテロダイン検出によるＳＭＭ構
成の再生機構によって行った。
【０１６２】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例１３と同一の結果が得られるが、この記録媒体に記
録された情報の読み出しは、前記(ii)のヘテロダイン検
出方式によったことから１０ＭＨｚの高周波数領域にお
ける静電相互作用の差に起因する記録ビットの応答信号
を検出再生することができた。したがって、この実施例
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
とが分かる。
【０１６３】〔実施例１５〕実施例１３と同様の記録媒
体を用いて実施例１３と同様の記録方法によって情報の
記録を行った。そして、この実施例１５においては、そ
の再生を、前記(iii) ＫＦＭ構成の再生機構によった。
【０１６４】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例１３と同一の結果が得られる。この実施例１５にお
いも、上述したように、分極の向きの差、空間電荷層の
２種類の状態に起因するクーロン相互作用の差は、表面
電位差で約５０ｍＶであった。ＫＦＭの電位分解能は、
約３ｍＶであることから、Ｓｉ基板１１の空間電荷層の
“蓄積状態”と“空乏層状態”との静電容量の変化量
は、表面電位の微分量の変化量として、記録された情報
を非接触な状態で再生することができた。
【０１６５】そして、このようにＫＦＭ再生装置による
場合、共振周波数が１．５ＭＨｚで、バネ定数が充分小
さい例えば０．１〜３〔Ｎ／ｍ〕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
の応答信号の検出再生を行うことができた。
【０１６６】したがって、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もっていることが分か
る。
【０１６７】〔実施例１６〕この実施例１６において
は、図１５にその概略断面図を示すように、活性層１３
が、Ｌａを一定量ドープのＰｂ（Ｌａ，Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3 （ＰＬＺＴ）強誘電体層１０３によって構成した記録
媒体１０を用いた。このＰＬＺＴは、ＰＺＴの酸素空孔
がＬａで置換されているため、ＰＺＴと比較してリーク
電流特性が１桁改善されていることを特徴としている。
【０１６８】また、このＰＬＺＴは、分極反転の疲労特
性の少ない材料であり、残留分極のＰｒの２倍（２Ｐ
ｒ）の値は３０〜５０μＣ／ｃｍ2 、抗電圧は約２Ｖ以
下であった。データの保持時間は、室温で１０年以上で
ある。データの書き換え時間は、５ｎｓ以下となる。ま
た、そのスイッチング特性も極めて速い。或るデータを
連続して書き込んだ後、異なるデータを書き込んだ場合
の信頼性も高い。
【０１６９】このＰＬＺＴによる強誘電体活性層１３の
形成は、実施例１におけると同様に、Ｓｉ基板による基
板１１上に、厚さ３０ｎｍのＳｒＴｉＯ3 層を熱処理し
て形成した下地層（バッファ層）９を形成し、これの上
にＭＯＣＶＤ法によってＬａを１０モル％加えたＰＬＺ
Ｔ層を３００ｎｍの厚さに成長させた。この場合におい
ても、このＰＬＺＴは、ペロブスカイト型の結晶構造を
有し、高密度で微細のグレインを有していることが確認
された。
【０１７０】この記録媒体の分極の電圧依存性により、
ＰＬＺＴはヒステリシス特性を有し、強誘電体に特有の
特性を示した。この実施例１６における場合の残留分極
の２倍（２Ｐｒ）は４０μＣ／ｃｍ2 、抗電圧は１．５
Ｖであった。
【０１７１】この実施例１６においても、実施例１２に
おけると同様の記録・消去および再生構成とした。
【０１７２】この実施例１６における記録・消去、再生
特性を示す。この場合においても、先ず、３μｍ×３μ
ｍの領域に、９Ｖの直流電圧を印加してＰＬＺＴ薄膜の
自発分極の方向を一方向に揃える。次に、逆極性の−７
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、自発分極に起因する空間電荷層の状態を、“蓄積
状態”から“空乏状態”に、もしくはその逆の“空乏状
態”から“蓄積状態”として、情報に応じた局所的な空
間電荷層の分布を形成する。次に、図４の前記(i) のＳ
ＭＭ構成による再生装置によってＰＬＺＴ膜の局所的分
極の向きに起因する空間電荷層の差の分布を表面電位の
分布として検出すなわち再生する。
【０１７３】実施例１６と同様に、ＳＭＭによって表面
電位分布を評価した結果、３μｍ×３μｍの部分のコン
トラストが暗くなっていて、その周辺と比較して分極の
反転に起因した空間電荷層の状態が反転して一方の状態
に揃っていることが分かった。のコントラストが暗い部
分の中に明るいスポットすなわち記録ビットが観測され
た。これは、−７Ｖの電圧印加によって空間電荷層の状
態が周囲と反対になっていることを示す。強誘電体の特
徴として分極の向きに起因した空間電荷層の状態が局部
的に電界の方向に揃うことが示された。また、オーバー
ライト記録も可能であることが分かった。この２種類の
分極の向きに起因して生じる空間電荷層の“蓄積状態”
と“空乏状態”をディジタルデータの“０”と“１”の
ストレージに対応させることができることが分かった。
すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部分でディ
ジタルデータの“０”と“１”に対応させた高密度記録
が可能になることが分かった。
【０１７４】種々の実験の結果、微小記録領域すなわち
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。
【０１７５】また、局所的に分極の反転に起因する空間
電荷層の局所的な領域は充分安定に保持されることが分
かった。
【０１７６】これらのことから、この実施例１６に関し
ても、高密度記録再生装置として充分な機能を有するこ
とが分かった。
【０１７７】〔実施例１７〕実施例１６と同様の記録媒
体を用いて実施例１６と同様の記録方法によって情報の
記録を行った。しかしながら、この実施例１７において
は、その再生装置を、前記(ii)のヘテロダイン検出によ
るＳＭＭ構成の再生装置によった。
【０１７８】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例１６と同一の結果が得られるが、この記録媒体に記
録された情報の読み出しは、前記(ii)のヘテロダイン検
出方式によったことから１０ＭＨｚの高周波数領域にお
ける静電相互の差に起因する記録ビットの応答信号を検
出再生することができた。したがって、この実施例で高
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
分かる。
【０１７９】〔実施例１８〕実施例１６と同様の記録媒
体を用いて実施例１６と同様の記録方法によって情報の
記録を行った。しかしながら、この実施例１８において
は、その再生装置を、前記(iii) ＫＦＭ構成の再生装置
とした。
【０１８０】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例１６と同一の結果が得られる。この実施例１８にお
いも、上述したように、分極の向きの差、空間電荷層の
２種類の状態に起因するクーロン相互作用の差は、表面
電位差で約５０ｍＶであった。ＫＦＭの電位分解能は、
約３ｍＶであることから、Ｓｉ基板１１の空間電荷層の
“蓄積状態”と“空乏層状態”との静電容量の変化量
は、表面電位の微分量の変化量として、記録された情報
を非接触な状態で再生することができた。
【０１８１】そして、この場合、共振周波数が１．５Ｍ
Ｈｚでバネ定数が充分小さい例えば０．１〜３〔Ｎ／
ｍ〕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検出再生を行う
ことができた。
【０１８２】したがって、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もっていることが分か
る。
【０１８３】〔実施例１９〕図１６に断面図を示すよう
に、この実施例では、記録媒体１０の活性層１３を、Ｐ
ＺＴ（Ｐｒ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）強誘電体層７３による
構成とし、下地層（バッファ層）９をＣｅＯ2 膜によっ
て構成した。
【０１８４】このＣｅＯ2 膜による下地層は、実施例１
３におけるＳｒＴｉＯ3 下地層と同様の特性および効果
を具備する。
【０１８５】ＰＺＴの特性については、バッファ層の最
適化により、実施例１３で詳述したと同様である。
【０１８６】この実施例においては、Ｓｉ基板１１上に
熱酸化によってＳｉＯ2 層９Ａを１０ｎｍの厚さに形成
し、これの上にＣｅＯ2 層９Ｂを３０ｎｍの厚さに蒸着
した２層構造の下地層９すなわちバッファ層を形成し
た。そして、このＣｅＯ2 層９Ｂ上に、ＰＺＴ強誘電体
層による活性層１３を、厚さ３００ｎｍに成膜した。こ
の場合、ＣｅＯ2 膜９Ｂが、ＰＺＴ強誘電体膜の結晶成
長の基板結晶として作用し、成膜されたＰＺＴ強誘電体
膜は、ペロブスカイト型の結晶構造を有し、高密度で微
細なグレインを有していることが分かった。
【０１８７】この実施例における記録媒体の分極の電圧
依存性により、ＰＺＴは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。
【０１８８】この実施例の記録媒体に対しても、実施例
１３におけると同様に図３および図４の前記構成(i) の
構成として、記録・消去、再生を行うことができる。
【０１８９】次に、この実施例１９における記録消去再
生特性を示す。この場合においても、先ず、３μｍ×３
μｍの領域に、＋９Ｖの直流電圧を印加してＰＬＺＴ薄
膜の自発分極の方向を一方向に揃える。次に、逆極性の
−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、自発分極に起因する空間電荷層の状態を、
“蓄積状態”から“空乏状態”、もしくはその逆の“空
乏状態”から“蓄積状態”として、情報に応じた局所的
な空間電荷層の分布を形成する。次に、図４のＳＭＭ構
成による再生手段によってＰＺＴ膜の局所的分極の向き
に起因する空間電荷層の分布を表面電位の分布として検
出すなわち再生する。
【０１９０】実施例１３と同様に、ＳＭＭによって表面
電位分布を評価した結果、３μｍ×３μｍの部分のコン
トラストが暗くなっていて、その周辺と比較して分極の
反転に起因した空間電荷層の状態が反転して一方の状態
に揃っていることが分かった。のコントラストが暗い部
分の中に明るいスポット、すなわち記録ビットが観測さ
れた。これは、−７Ｖの電圧印加によって空間電荷層の
状態が周囲と反対になっていることを示す。強誘電体の
特徴として分極の向きに起因した空間電荷層の状態が局
部的に電界の方向に揃うことが示された。また、オーバ
ーライト記録も可能であることが分かった。この２種類
の分極の向きに起因して生じる空間電荷層の“蓄積状
態”と“空乏状態”をディジタルデータの“０”と
“１”のストレージに対応させることができることが分
かった。すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部
分でディジタルデータの“０”と“１”に対応させた高
密度記録が可能になることが分かった。
【０１９１】また、種々の実験の結果、記録ビットすな
わち単位記録領域の直径を１００ｎｍ以下にすることが
可能であることが分かった。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。また、局所的に
分極が反転した領域は充分安定に保持されることが分か
った。
【０１９２】これらのことから、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もっていること
が分かった。
【０１９３】〔実施例２０〕実施例１９と同様の構成と
するが、その再生装置として前記(ii)のヘテロダイン検
出方式のＳＭＭ構成の再生装置とした。この場合、記録
・消去に関する特性は、実施例１９と同一の結果が得ら
れるが、この記録媒体に記録された情報の読み出しは、
前記(ii)のヘテロダイン検出方式によったことから１０
ＭＨｚの高周波数領域における静電容量の差に起因する
記録ビットの応答信号を検出することができた。したが
って、この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分かる。 〔実施例２１〕実施例１９と同様の構成とするが、その
再生装置として前記(iii) のＫＦＭ構成再生装置とし
た。この実施例においても、記録の消去に関する特性は
実施例１９と同一の結果が得られ、すなわち、この実施
例においても、記録ビットすなわち単位記録領域の直径
を１００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かっ
た。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。また、局所的に分極が反転した領域は充
分安定に保持されることが分かった。
【０１９４】そして、このようにＫＦＭ再生装置による
場合、共振周波数が１．５ＭＨｚでバネ定数が充分小さ
い例えば０．１〜３〔Ｎ／ｍ〕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
応答信号の検出再生を行うことができた。これらのこと
から、この実施例においても高密度記録再生装置として
充分な機能をもっていることが分かった。
【０１９５】〔実施例２２〕この実施例では、記録媒体
の強誘電体材料をＢｉ層状化合物とした場合である。こ
の記録媒体１０は、図１７にその概略断面図を示すよう
に、Ｓｉ基板１１上に、下地層９としてＢｉ層状化合物
による下地層（バッファ層）９を形成し、これの上にＢ
ｉ層状化合物のＳｒＢｉＴｉＯ，ＳｒＢｉＴａＯ，Ｐｂ
ＳｒＢｉＴｉＯ，ＢａＢｉＮｂＯを形成した。基板１１
の裏面には、オーミックに下部電極１２を形成した。
【０１９６】このＢｉ層状化合物は、分極反転を１０12
回繰り返しても疲労が極めて小さい疲労特性にすぐれた
ものである。また、その残留分極Ｐｒの２倍（２Ｐｒ）
の値は、１５〜３０μＣ／ｃｍ2 、抗電圧は２Ｖ以下で
ある。データ保持時間は室温で１０年以上である。ま
た、データの書き換え時間は電極面積に比例することか
ら、この電極面積を小さくすることによって１ｎｓ以下
となった。スイッチング特性も極めて速い。或るデータ
を連続して書き込んだ後、異なるデータを書き込んだ場
合の信頼性も高い。
【０１９７】記録媒体１０は、単結晶Ｓｉ基板１１上
に、スパッタリング法でＢｉ層状化合物のＳｒＢｉＴｉ
Ｏのバッファ層（下地層）９を厚さ３０ｎｍに形成す
る。その後、このバッファ層を酸素雰囲気中で熱処理す
る。この熱処理により、Ｓｉ基板１１上でも結晶性にす
ぐれたＢｉ層状化合物のＳｒＢｉＴｉＯのバッファ層９
が形成される。次に、このバッファ層９上に、Ｂｉ層状
化合物のＳｒＢｉ2 Ｔａ2Ｏ9 膜による活性層１３すな
わち強誘電体層を、ＭＯＣＶＤ法によって厚さ３００ｎ
ｍに結晶成長する。この場合結晶成長したＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2 Ｏ9 膜は、高密度で微細なグレインを有する緻密な
膜になった。すなわち、上述の熱処理後のバッファ層が
これの上に成長させるＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 膜の初期核
として有効に働くものである。
【０１９８】この記録媒体の分極の電圧依存性により、
ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 は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２０μＣ／ｃｍ2 、抗電圧は０．８Ｖであった。
【０１９９】この実施例２２においても、図３の記録構
成によって情報記録を行い、図４の前記(i) のＳＭＭ構
成による再生装置とした。
【０２００】この実施例２２における記録消去再生特性
を示す。この場合においても、先ず、３μｍ×３μｍの
領域に、＋９Ｖの直流電圧を印加してＳｒＢｉ2 Ｔａ2
Ｏ9 薄膜の自発分極の方向を一方向に揃える。次に、逆
極性の−７Ｖのパルス電圧をヘッドすなわち針状電極２
１から印加して、自発分極に起因する空間電荷層の状態
を、“蓄積状態”から“空乏状態”、もしくはその逆の
“空乏状態”から“蓄積状態”として、情報に応じた局
所的な空間電荷層の分布を形成する。次に、図４のＳＭ
Ｍ構成による再生手段によってＳｒＢｉ2Ｔａ2 Ｏ9 膜
の局所的分極の向きに起因する空間電荷層の差の分布を
表面電位の分布として検出すなわち再生する。
【０２０１】この場合においても、ＳＭＭによって空間
電位分布を評価した結果、３μｍ×３μｍの部分のコン
トラストが暗くなっていて、その周辺と比較して分極の
反転に起因した空間電荷層の状態が反転して一方の状態
に揃っていることが分かった。このコントラストが暗い
部分の中に明るいスポットすなわち記録ビットが観測さ
れた。これは、−７Ｖの電圧印加によって空間電荷層の
状態が周囲と反対になっていることを示す。強誘電体の
特徴として分極の向きに起因した空間電荷層の状態が局
部的に電界の方向に揃うことが示された。また、オーバ
ーライト記録も可能であることが分かった。この２種類
の分極の向きに起因して生じる空間電荷層の“蓄積状
態”と“空乏状態”をディジタルデータの“０”と
“１”のストレージに対応させることができることが分
かった。すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部
分でディジタルデータの“０”と“１”に対応させた高
密度記録が可能になることが分かった。
【０２０２】また、種々の実験の結果、単位記録領域
（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、分極反転に起因した空
間電荷層の“蓄積状態”と“空乏状態”との領域は充分
安定に保持されることが分かった。
【０２０３】また、この実施例における記録再生装置も
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
が分かった。
【０２０４】〔実施例２３〕実施例２２と同様の構成と
するが、その再生装置として前記(ii)のヘテロダイン検
出方式のＳＭＭ構成による再生装置とした。この場合、
記録・消去に関する特性は、実施例２２と同一の結果が
得られるが、この記録媒体に記録された情報の読み出し
は、前記(ii)のヘテロダイン検出方式によったことから
１０ＭＨｚの高周波数領域における静電相互作用の差に
起因する記録ビットの応答信号を検出再生することがで
きた。したがって、この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分かる。 〔実施例２４〕実施例２２と同様の構成とするが、その
再生装置として前記(iii) のＫＦＭ構成の再生装置とし
た。したがって、この場合記録の消去特性は実施例２２
と同一の結果が得られ、この実施例においても、記録ビ
ットすなわち単位記録領域の直径を１００ｎｍ以下にす
ることが可能であることが分かった。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。また、
局所的に分極が反転した領域は充分安定に保持されるこ
とが分かった。
【０２０５】そして、このようにＫＦＭ再生装置による
場合、共振周波数が１．５ＭＨｚで、バネ定数が充分小
さい例えば０．１〜３〔Ｎ／ｍ〕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
の応答信号の検出再生を行うことができた。これらのこ
とから、この実施例においても高密度記録再生装置とし
て充分な機能をもっていることが分かった。
【０２０６】尚、実施例２２〜２４における下地層（バ
ッファ層）および活性層としての強誘電体膜のＳｒＢｉ
ＴａＯ系に代えて、ＳｒＢｉＮｂＯ系によって構成した
場合におい実施例２２〜２４におけると同等の特性が得
られた。
【０２０７】〔実施例２５〕この実施例では、活性層１
３の強誘電体層をフッ化ビニリデンとトリフルオロエチ
レン（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）共重合体薄膜層によって構成
した。この場合、図１８にその概略断面図を示すよう
に、Ｓｉ基板１１の一主面に、基板１１の表面熱酸化に
よって厚さ２０ｎｍの下地層９を形成し、これの上に活
性層１３として蒸着法またはスピンコート法でＶＤＦ−
ＴｒＦＥ共重合体による強誘電体層１２３を３００ｎｍ
の厚さに形成した。この共重合体薄膜層は、フッ化ビニ
リデンの含有量が５０％以上で強誘電性を示す。基板１
１の裏面には、オーミックに下部電極１２を形成した。
【０２０８】この実施例２２においても、図３の記録構
成によって情報記録を行い、図４の前記(i) のＳＭＭ構
成による再生装置とした。
【０２０９】この実施例２５の記録消去再生特性を示
す。先ず、５μｍ×５μｍの領域に＋２０Ｖの電圧をそ
の強誘電体膜に印加して自発分極の方向を一方向に揃え
る。次に、−１０Ｖの電圧を印加して、局所的に分極の
向きを反転させる。次に、ＳＭＭを用いて分極の向き分
布を評価した結果、５μｍ×５μｍの部分のコントラス
トが暗くなっており、その周辺と比較して分極反転に起
因して生じる空間電荷層の“蓄積状態”または“空乏状
態”に揃っていることが分かった。このコントラストが
暗い部分の中に明るいスポットすなわち記録ビットが観
測された。これは、−１０Ｖの電圧印加によって空間電
荷層の状態が周囲と反対になっていることを示す。強誘
電体の特徴として分極の向きに起因した空間電荷層の状
態が局部的に電界の方向に揃うことが示された。また、
オーバーライト記録も可能であることが分かった。この
２種類の分極の向きに起因して生じる空間電荷層の“蓄
積状態”と“空乏状態”をディジタルデータの“０”と
“１”のストレージに対応させることができることが分
かった。すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部
分でディジタルデータの“０”と“１”に対応させた高
密度記録が可能になることが分かった。
【０２１０】また、種々の実験の結果、単位記録領域
（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、分極反転に起因した空
間電荷層の“蓄積状態”と“空乏状態”との領域は充分
安定に保持されることが分かった。
【０２１１】また、この実施例における記録再生装置も
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
分かった。
【０２１２】〔実施例２６〕実施例２５と同様の構成と
するが、その再生機構として前記(ii)のヘテロダイン検
出方式のＳＭＭ構成とした。この場合、記録・消去に関
する特性は、実施例２５と同一の結果が得られるが、こ
の記録媒体に記録された情報の読み出しは、前記(ii)の
ヘテロダイン検出方式によったことから１０ＭＨｚの高
周波数における静電相互作用の差に起因する記録ビット
の応答信号を検出再生することができた。したがって、
この実施例で高密度記録再生装置として充分な機能をも
っていることが分かる。 〔実施例２７〕実施例２５と同様の構成とするが、その
再生装置として前記(iii) のＫＦＭ構成による再生装置
とした。この実施例においても、記録、再生、消去の特
性は実施例２５と同等の特性が得られた。この実施例に
おいても、記録ビットすなわち単位記録領域の直径を１
００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かった。
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。また、局所的に分極が反転した領域は充分安
定に保持されることが分かった。
【０２１３】そして、このようにＫＦＭ再生装置による
場合、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
の応答信号の検出再生を行うことができた。
【０２１４】これらのことから、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もっていること
が分かった。
【０２１５】次に、記録・消去を電荷移動によって行う
場合の実施例を説明する。
【０２１６】〔電荷移動の記録・消去による場合〕この
場合に用いられる記録媒体においても、図２で示した基
本構成によるが、この場合、その活性層１３が、電荷蓄
積層によって構成される。この電荷蓄積層は、少なくと
も２以上のヘテロ層が積層形成されてなり、その少なく
とも１のヘテロ界面およびヘテロ層中に、キャリアのト
ラップ、すなわち電子またはホールのトラップが高密度
に存在する領域を有する構成とする。そして、このトラ
ップの所定領域に対して電子またはホールすなわち電荷
の移動がなされて情報の記録・消去がなされる。
【０２１７】基板１１は、導電性を有する基板例えば導
電性シリコン（Ｓｉ）基板よりなり、これの上に活性層
１３、すなわちヘテロ界面を形成する２層以上のヘテロ
層による電荷蓄積層が形成される。この電荷蓄積層は、
例えば酸化シリコン（ＳｉＯ 2 ）、窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム
（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、酸化チ
タン（ＴｉＯ2 ）等によって、例えばＳｉＯ2 ／ＳｉＮ
ヘテロ界面、ＳｉＯ2 ／ＡｌＮヘテロ界面、ＳｉＯ2 ／
Ａｌ2 Ｏ3 ヘテロ界面、ＳｉＯ2 ／Ｔａ2 Ｏ5 ヘテロ界
面、ＳｉＯ2 ／ＴｉＯ2 ヘテロ界面等を形成する２層以
上のヘテロ層が形成されて成る。そして、基板１１の裏
面にはオーミック電極による下部電極１２が形成され
る。
【０２１８】記録媒体１０に対する情報の記録構成は、
図３のＡＦＭ構成とする。すなわち、記録ヘッドが、先
端に針状電極を有するＡＦＭ制御の導電性カンチレバー
構成とする。
【０２１９】すなわち、上述の電荷蓄積層による活性層
１３を有する記録媒体１０に対する記録は、記録ヘッド
ＨＲ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 ｜≦２０Ｖの例えば負電圧の
−１０Ｖのパルス電圧を印加することにより、その針状
電極から局所的に、電荷蓄積層例えば上述したＳｉＯ 2
／ＳｉＮ、ＳｉＯ2 ／ＡｌＮのヘテロ界面等におけるキ
ャリアのトラップ、さらに各ヘテロ層中のキャリアトラ
ップにキャリア（この例では電子）を注入して情報の記
録を行う。
【０２２０】そして、この局所的に、キャリアのトラッ
プに電荷（この例では電子）が注入された情報の記録領
域に対する消去は、所要の正電圧例えば＋９Ｖのパルス
電圧を印加することにより電荷（この例では電子）の放
出を行って例えば上述のＳｉＯ2 ／ＳｉＮ、ＳｉＯ2 ／
ＡｌＮ等の界面のトラップ、ヘテロ層中のトラップ（以
下これらキャリアのトラップをヘテロ接合付近のトラッ
プという）の、電荷が注入された領域のキャリアトラッ
プの状態を元に戻すことによってその記録情報の消去を
行う。
【０２２１】すなわち、ヘテロ接合付近のキャリアのト
ラップに対する電荷の移動によって情報の記録消去を行
う。しかしながら、上述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
当たって先の記録を消去する過程を必要としない。
【０２２２】この記録および消去には２０Ｖ以下の動作
電圧でよいが、更に記録媒体の材料、膜厚等の選定によ
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 等のヘテロ層の厚さの選定によ
り、電荷蓄積層のキャリアの注入に必要な時間を１μｓ
以下とすることができる。
【０２２３】また、記録領域の直径を５０ｎｍ〜１００
ｎｍ程度とすることができて、高密度記録領域での記
録、消去および再生ができる。
【０２２４】そして、この記録態様によって記録された
記録情報の読み出しすなわち再生装置は、前述した(i)
〜(iii) のいづれかの再生装置による。
【０２２５】このように、電荷移動による記録・再生を
行う本発明装置の実施例を説明する。
【０２２６】〔実施例２８〕この実施例での記録媒体１
０は、図１９にその概略断面図を示すように、ｎ型Ｓｉ
基板１１上に、表面熱酸化によって厚さ２ｎｍのＳｉＯ
2 絶縁層１４を形成し、これの上に厚さ１０ｎｍのＳｉ
Ｎ層８３ＬＰＣＶＤ法によって形成し、その表面を熱酸
化して厚さ５ｎｍのＳｉＯ2 層９３を順次形成した。そ
して、Ｓｉ基板１１の裏面に下部電極１２を形成した。
【０２２７】この場合の記録は、Ｓｉ基板と、ＳｉＯ2
／ＳｉＮによるヘテロ界面付近のキャリアトラップとの
間で電荷の移動によって行われる。
【０２２８】この実施例においても、記録装置は、図３
のＡＦＭ記録装置とする。すなわち、この場合情報の記
録においては、ＳｉＯ2 層９３に記録ヘッドすなわち針
状電極２１を接触させ基台３０を移動して電極２１を操
作させつつ、この電極２１と下部電極１２との間に、記
録ヘッドＨＲ側を正電圧とする電圧をかけることによっ
て、強電界によりＳｉ基板１１側から電子がＳｉＯ2 層
１４をトンネルして、ＳｉＮ層８３、ＳｉＯ2 層１４／
ＳｉＮ層８３の界面、およびＳｉＮ層８３／ＳｉＯ2 層
９３の界面等に存在するトラップに注入されて、ここに
蓄積される。
【０２２９】一方、逆に記録ヘッドＨＲ側を負とする電
圧をかけると、逆方向の強電界により上述したＳｉＯ2
／ＳｉＮのヘテロ界面付近のキャリアトラップにトラッ
プされている電子が、Ｓｉ基板１１側にＳｉＯ2 層１４
をトンネルして、放出されてキャリアトラップに存在す
る電子は欠乏する。このようにパルス電圧の印加に伴う
電荷の移動により記録、消去を行う。
【０２３０】そして、この記録情報の再生は、この記録
部のトラップされた電子の有無による表面電位Ｖｓの分
布を、前記(i）のＳＭＭ構成の再生装置によって記録媒
体に対して非接触な状態で電気的に読み出して行う。
【０２３１】この実施例２８における記録・消去、再生
特性を示す。まず、記録媒体１０のＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／
ＳｉＯ2 ／Ｓｉ基板構造に９Ｖ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、局所的に電子をヘテ
ロ接合付近のキャリアトラップに注入する。この局所的
な注入電荷量の差を図３のＳＭＭ再生装置を用いて表面
電位Ｖｓの分布として検出する。ＳＭＭによって評価し
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。図２０に代表的なＳＭＭにより測定した
表面電位分布（３μｍ×３μｍ）を示す。この場合、媒
体の異なる３箇所で、それぞれ各１回の＋９Ｖのパルス
電圧を印加した場合で、周囲に比しコントラストが暗い
表面電位が局所的に小さくなっている領域が観察され
る。この領域が電子が局所的に注入された領域に対応し
ており、設計した通り３個の記録ビットの記録、再生が
可能であることが分かった。
【０２３２】図２１に−９Ｖにパルス電圧を異なる３箇
所に印加して電子の放出ないしはホールを注入した場合
の表面電位分布（３μｍ×３μｍ）を示した。この場合
は周囲に比しコントラストが明るく、表面電位が周囲と
比較して大きくなっている領域が観察される。これは基
板１１側への電子の放出ないしは基板１１からのホール
の注入による領域に対応しており、設計した通り３個の
記録ビットの記録、再生が可能である。図２０と比較し
て電子の放出ないしはホールが注入された領域は表面電
位が周辺と比較して大きくなっており、注入されたキャ
リアの符号が図２０と図２１では反対になっていること
が明確に分かる。
【０２３３】また、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、電子の注入または放出により表
面電位の記録ビットパターンが観察された。
【０２３４】注入電荷量について記録ビットとその周辺
部との表面電位の差は電位差では約５０ｍＶであり、Ｓ
ＭＭの電位分解能が１ｍＶであることから、例えばディ
ジタル信号“０”および“１”のデータの識別を充分行
なうことのできる値であることが分かった。
【０２３５】また、−９Ｖを記録媒体に印加した後、＋
９Ｖのパルス電圧をかけた場合、表面電位は周辺部とほ
とんど同一になり、トラップされているキャリアの消去
がなされることが分かった。このプロセスは記録ビット
が消去可能であることを示している。
【０２３６】また、電圧パルスの条件を制御することに
よりオーバーライト記録特性も可能であることが分かっ
た。このことから、本実施例のＳｉ基板より記録媒体の
キャリアトラップへ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。上述した２種類の局所的な電荷の有
無をディ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ィジタルデータの“０”と
“１”に対応させることにより高密度記録ができる。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。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。上述したところ
から、この実施例２８では高密度記録再生装置として十
分な機能をもっていることが分かった。
【０２３７】この実施例２８における記録媒体の層構造
は、前述したクエート氏等の報告で用いられているＮＯ
Ｓ構造とは異なる構造になっている。このため記録消去
の動作電圧を１０Ｖ以下にすることが可能となり、デー
タの書き込みは、＋９Ｖのパルス電圧の印加で行い、再
生はＳＭＭによる表面電位分布測定時の表面電位差とし
て、局所的な電荷トラップ領域を読み出すことによって
行った。
【０２３８】そして、この実施例における記録媒体で
は、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ構造として、Ｓ
ｉＯ2 ／ＳｉＮによるヘテロ界面が２層存在する構成と
したことから、例えば基板１１側からキャリアの注入を
行った場合においても、上層のヘテロ界面でキャリアの
ブロックがなされることによってトラップの通り抜けの
確率を小さくすることができる。したがって、情報記録
に当たって効率良くトラップへのキャリアの注入を行う
ことができる。すなわち、記録感度の向上、再生出力の
向上をはかることができ、これに伴って動作電圧および
消費電力の低減化をはかることができる。
【０２３９】〔実施例２９〕この実施例においても実施
例２８と同様のＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ構造
の記録媒体を用い、実施例２８と同様の記録構成とし
た。しかしながら、この場合、その記録情報の再生装置
は、前記(ii)のヘテロダイン検出方式のＳＭＭ構成によ
る再生装置とした。
【０２４０】この記録・消去、再生特性をみる。まず、
記録媒体１０のＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ／ｎ−Ｓｉ
構造に＋９Ｖのパルス電圧をヘッドすなわち針状電極２
１から印加して、局所的に電子をヘテロ界面付近のキャ
リアトラップに注入する。これによる注入電荷量の差を
表面電位Ｖｓの分布として検出する。ＳＭＭはヘテロダ
イン検出方式を用い、１０ＭＨｚの高周波数領域におけ
る静電容量分布を検出した。
【０２４１】このヘテロダイン検出方式のＳＭＭ像では
３μｍ×３μｍの領域の静電容量分布を検討した。この
場合、通常のＳＭＭ測定でおこなっている５〜２０ｋＨ
ｚの周波数帯域での表面電位の評価結果とほぼ同一であ
ることが分かった。ＳＭＭ像においても電子放出ないし
はホールが注入された部分のコントラストはその周辺と
比較して明るくなっており、１０ＭＨｚでの高周波数領
域での静電容量評価を行った場合でも通常の測定周波数
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、１０ＭＨｚの
高周波数領域においても記録ビットが検出可能であるこ
とを示すものである。注入電荷量の差は電子の放出ない
しはホール注入領域（ピーク）と周辺部との電位差で約
５０ｍＶであり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであるこ
とから、例えばディジタル信号“０”および“１”のデ
ータの識別を充分行うことのできる値であることが分か
った。
【０２４２】この場合、記録・消去に関する特性は、い
うまでもなく、実施例２９と同一の結果が得られるが、
この実施例においては、記録媒体に記録された情報の読
み出しを、前記(ii)のヘテロダイン検出方式によったこ
とから１０ＭＨｚの高周波数領域における静電の相互作
用の差に起因する記録ビットの応答信号を検出再生する
ことができた。
【０２４３】〔実施例３０〕この実施例においても、実
施例２８と同様のＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ構
造の記録媒体を用い、実施例２８と同様の記録装置とし
た。この場合の再生特性を示す。まず、記録媒体１０の
ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ構造（以下材料１と
いう）に＋９Ｖ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、局所的に電子をヘテロ界面付近のト
ラップに注入する。これを図４に示したＫＦＭ再生装置
を用いて局所的な注入電荷量の差を表面電位Ｖｓの変化
量の微分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。
【０２４４】ＫＦＭ像では３μｍ×３μｍ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囲と比較して
暗くなっており、これは＋９Ｖの電圧によって電子がＳ
ｉ基板側よりヘテロ界面付近に局所的に注入され、負の
電荷量が周囲と比較して増加することにより表面電位が
低下したことを示している。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×１．５μ
ｍとして、同様な実験を試みた場合も、電子のキャリア
注入により電荷量が増大している１つの記録ビットが検
出された。
【０２４５】以上より微細な記録ビットをＫＦＭによっ
て検出再生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５０ｍＶであり、ＫＦＭの電位分解能が
３ｍＶであることから、例えばディジタル信号“０”お
よび“１”のデータの識別を充分行うことのできる値で
あることが分かった。
【０２４６】また、−９Ｖのパルス電圧をこの記録媒体
にかけた場合、すなわち、上記の実験とは反対の極性の
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。この
ことは記録ビットの消去が可能であることを示してい
る。また、共振周波数が１．５ＫＨｚで、バネ定数が小
さい例えば０．１〜３〔Ｎ／ｍ〕のカンチレバーを使う
ことによって１ＭＨｚの高周波領域での記録ビットの応
答信号の検出再生を行うことができた。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もってい
ることが分かった。
【０２４７】〔実施例３１〕この実施例においては、記
録媒体の電荷蓄積層に、カンチレバーから電子をトラッ
プへ注入する記録態様をとる場合である。この場合の記
録媒体１０は、Ｓｉ基板１１上に、その表面熱酸化によ
るＳｉＯ 2 膜１４（厚さ４ｎｍ）とＳｉＮ膜１５（厚さ
１０ｎｍ）とがＬＰ（低圧）ＣＶＤ法により形成され、
これの上に、熱酸化法によりＳｉＯ2 膜１６（厚さ３ｎ
ｍ）が形成されて成る。
【０２４８】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３の記録ヘッドＨＲによって行
う。すなわち、この場合においても記録媒体１０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、導電性カンチレバーよりＳｉＯ2 ／ＳｉＮ界
面等のヘテロ界面付近のキャリアトラップに電子を局部
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）の有無の記
録情報に応じた記録パターンを形成する。
【０２４９】この実施例では主としてＳｉＯ2 層とＳｉ
Ｎ層のヘテロ界面付近の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。
【０２５０】この実施例においても記録媒体の電圧容量
特性は、図１３と同様の特性を示した。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。
【０２５１】ヒステリシス特性におけるバイアス電圧の
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。
【０２５２】図２２は、この実施例において、＋９Ｖパ
ルス電圧の印加によって電子の放出ないしはホールの注
入による記録領域の形成を２次元的に配列形成した場合
の表面電位分布を観察したものである。この場合、４×
３＝１２個の記録ビットパターンを連続的に形成でき
た。また、この場合においても逆極性の電圧パルスを印
加することにより記録ビットの消去が可能であることも
確認した。
【０２５３】そして、この実施例において、注入電荷量
の差は電位差では約５０ｍＶであり、ＳＭＭの電位分解
能が１ｍＶであることから、例えばディジタル信号
“０”および“１”のデータの識別を充分行うことので
きる値であることが分かった。
【０２５４】−９Ｖのパルス電圧を記録媒体にかけた場
合、すなわち、上述した例と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、トラ
ップに注入されるキャリアの極性が反対になっているこ
とが分かる。また、オーバーライト特性も有することが
分かった。
【０２５５】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。この
２種類の局所的な電荷の有無をディ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ィジ
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。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。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。上述したところから、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もっていることが分
かった。
【０２５６】〔実施例３２〕この実施例では、実施例３
１と同様の記録媒体、および記録方法装置としたが、再
生装置は前記(ii)のヘテロダイン検出方式のＳＭＭ構成
の再生装置とした。
【０２５７】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例３１と同一であるが、その再生装置はヘテロダイン
検出方式のＳＭＭ構成としたことから、１０ＭＨｚの高
周波領域における静電相互作用に起因する記録ビットの
応答信号を検出再生することができた。
【０２５８】〔実施例３３〕この実施例では、実施例３
１と同様の記録媒体および記録装置によったが、再生装
置は前記（iii)のＫＦＭ構成とした。
【０２５９】この場合においても、記録・消去に関する
特性は、実施例３１と同一であるが、その再生装置をＫ
ＦＭ構成としたことによって、前述したように、例えば
共振周波数が１．５ＭＨｚで、バネ定数が小さい例えば
０．１〜３［Ｎ／ｍ］のカンチレバーを使うことによっ
て１ＭＨｚの高周波数領域での記録ビットの応答信号の
検出再生を行うことができた。
【０２６０】上述の電荷蓄積層を活性層とする記録媒体
においては、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 構造のＳｉＯ
2 ／ＳｉＮヘテロ界面が２層有する構造としたことによ
り、例えば基板１１側からキャリアを電荷蓄積層に注入
した場合、下層のＳｉＯ2 層によるバリアによって効果
的に各界面およびＳｉＮ層中等のトラップにキャリアの
注入を行うことができること、また、各ＳｉＯ2 、Ｓｉ
Ｎ層の膜厚の選定によって、全ヘテロ界面で有効にキャ
リアのトラップを行うようにすることができること、更
に例えば上層ＳｉＯ2 を熱ＣＶＤ法によって形成するこ
とによってトラップの形成を制御することができること
などによって、電荷蓄積層におけるキャリアの注入量の
増加をはかることができて、記録感度の向上、再生出力
の向上、動作電圧および消費電力の低減化等をはかるこ
とができる。
【０２６１】また、ヘテロ界面はＳｉＯ2 ／ＳｉＮ界面
とする場合に限らず前述したように種々のヘテロ界面に
よる構成とすることができる。また、このヘテロ界面
は、３層以上に、例えばＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ／
ＳｉＮ／ＳｉＯ2 ‥‥，ＳｉＯ 2 ／ＡｌＮ／ＳｉＯ2 ／
ＡｌＮ／ＳｉＯ2 ‥‥等のヘテロ界面が重なるを構成す
ることによって、低動作電圧を保持した記録媒体の構造
でキャリアトラップを増加させることができる。このた
め注入キャリア量の増大化をはかることができ、結果と
して記録、再生特性を改善することができる。
【０２６２】しかしながら、このヘテロ界面を単層とす
ることもできる。この場合は、そのヘテロ界面の構成層
が多くのトラップを有する層とされる。次にこの場合の
一実施例を説明する。
【０２６３】〔実施例３４〕この実施例では、記録媒体
１０を、図２３にその断面図を示すように、ｎ−Ｓｉに
よる基板１１上にその表面酸化によるＳｉＯ2 絶縁層１
４を形成し、これの上にＰｔ下部電極１２を形成し、こ
の下部電極１２上に情報記録を行う活性層１３としての
ＳｉＯ2 膜１０３とＡｌｑ3 膜１１３とを順次形成した
構成を有する。
【０２６４】このＡｌｑ3 は、下記（化１）で示す材料
によって構成した。
【０２６５】
【化１】
【０２６６】この実施例においても、図３および図４で
説明した記録および再生の構成によった。すなわち、記
録においては、図３の記録ヘッドすなわち導電性カンチ
レバー２２（針状電極２１）と下部電極１２との間に＋
１０Ｖのパルス電圧を局所的に印加して電子をＡｌｑ3
膜１１３とＳｉＯ2 １０３によるＳｉＯ2 ／Ａｌｑ3界
面トラップに注入することにより書き込む。消去は逆極
性の電圧を印加することにより、上記ＳｉＯ2 ／Ａｌｑ
3 界面から電子をカンチレバー２２に放出することによ
り行う。再生装置は前記(i）の構成のＳＭＭとし、これ
により局所的にトラップに注入された電荷の分布による
表面電位Ｖｓの変化を非接触状態で読み取る。
【０２６７】つまり、この実施例では、主としてＳｉＯ
2 ／Ａｌｑ３界面トラップに存在する電荷の有無状態に
より例えばディジタルデータの“０”と“１”に対応さ
せる。このデータ“０”と“１”との電位差はＳＭＭの
検出感度に対して充分とれることが分かった。また、記
録ビットの直径も１００ｎｍ以下になることが分かっ
た。また、局所的に電荷が注入された領域は充分安定に
保持されることが分かった。以上より、本実施例で高密
度記録装置として充分な機能をもっていることが分かっ
た。
【０２６８】〔実施例３５〕この実施例においては、実
施例３４と同一の記録媒体と記録消去装置によった。し
かしながら再生装置は、前記(ii)のヘテロダイン検出方
式のＳＭＭ構成の再生装置とした。
【０２６９】この場合、記録・消去に関する特性は、実
施例３４と同一であるが、その再生装置はヘテロダイン
検出方式のＳＭＭ構成としたことから、１０ＭＨｚの高
周波領域における静電相互作用に起因する記録ビットの
応答信号を検出することができた。
【０２７０】〔実施例３６〕この実施例では、図３４と
同様の記録媒体および記録装置によったが、再生装置は
前記(iii) のＫＦＭ構成とした。
【０２７１】この場合においても、記録・消去に関する
特性は、実施例３４と同一であるが、その再生装置をＫ
ＦＭ構成としたことによって、前述したように、例えば
共振周波数が１．５ＭＨｚで、バネ定数が小さい例えば
０．１〜３［Ｎ／ｍ］のカンチレバーを使うことによっ
て１ＭＨｚの高周波数領域における静電相互作用の差に
起因する記録ビットの応答信号の検出再生を行うことが
できた。
【０２７２】実施例３４〜３６では、Ａｌｑ3 層を薄膜
トラップ層とした場合であるが、そのほかの高分子材料
や、アモルファスＳｉ等のヘテロ界面付近に充分なキャ
リアトラップを有する電荷蓄積層によって構成すること
もできるなど種々の材料層を用いることができる。
【０２７３】尚、上述の各記録媒体、例えば電荷蓄積層
を構成する表面側のＳｉＯ2 層上には、記録時における
カンチレバーの針状電極２１との間の電荷の移動を効率
良く行うためのバッファ層を配置することが望ましい。
この場合の一実施例を次に挙げて説明する。
【０２７４】〔実施例３７〕記録媒体１０として、図２
４に示すようにｎ型Ｓｉ基板１１上に、表面熱酸化によ
って厚さ４ｎｍのＳｉＯ2 絶縁層１４を形成し、これの
上に厚さ１０ｎｍのＳｉＮ膜８３と、厚さ３ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜９３を順次熱ＣＶＤ法によって形成した後、バッ
ファ層５としてのＷＳｉ膜をＳｉＯ2 膜９３上にスパッ
タリング法を用いて形成した。そして、Ｓｉ基板１１の
裏面に下部電極１２を形成した。この場合の記録再生の
基本は、導電性カンチレバーとＳｉＯ2 ／ＳｉＮヘテロ
界面付近のキャリアトラップとの間で電荷の移動によっ
て行なわれる。
【０２７５】この実施例においても、図３の記録装置、
および(i）〜（iii)の構成による再生装置を適用でき
る。すなわち、この場合情報の記録においては、記録ヘ
ッドすなわち針状電極２１と下部電極１２との間に、記
録ヘッド側を負電圧とする電圧をかけると、強電界によ
りカンチレバー側から電子がＳｉＯ2 膜１６をトンネル
して、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮヘテロ界面付近に存在するキャ
リアトラップに蓄積される。一方、逆に記録ヘッド側を
正とする電圧をかけると、逆方向の強電界によりＳｉＯ
2 ／ＳｉＮヘテロ界面付近のキャリアトラップにトラッ
プされている電子が放出されてＳｉＯ2 ／ＳｉＮヘテロ
界面付近のキャリアトラップに存在する電子は欠乏す
る。このようにパルス電圧の印加に伴う電荷の移動によ
り記録、消去を行う。
【０２７６】この場合、ＷＳｉによるバッファ層５を形
成したことによって、すなわちカンチレバー特に針状電
極２１とＳｉＯ2 膜１６の間に、これらの各禁止帯幅の
中間の禁止帯幅を有するＷＳｉが介在されるとことによ
ってこれらの材料間のヘテロ界面でのバンドの不連続量
が小さくなるため、カンチレバーからトラップへの電子
の注入をより低電圧で行うことができる。
【０２７７】そして、この記録情報の再生は、このトラ
ップされた電子の有無による表面電位ＶS の分布を、前
述の(i）〜（iii)のＳＭＭヘテロダイン検出方式ＳＭ
Ｍ、ＫＦＭの再生装置によって非接触な状態で電気的に
読み出すことによって行う。
【０２７８】データの書き込みは＋１０Ｖの電気パルス
の印加で行い、再生はヘテロダイン検出方式ＳＭＭにて
静電容量の変化量として、局所的な電荷トラップ領域を
読み出した。ＳｉＯ2 ／ＳｉＮヘテロ界面付近のキャリ
アトラップに存在する電荷の状態によりディジタルデー
タの“０”と“１”に対応するが、その電位差はＳＭＭ
の検出感度に対して充分とれることが分かった。また、
最小記録領域の直径も１００ｎｍ以下になることが分か
った。また、局所的に電荷の状態が反転した領域は充分
安定に保持されることが分かった。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もっている
ことが分かった。
【０２７９】〔実施例３８〕この実施例においては、記
録媒体１０の活性層１３が１つのヘテロ接合を有する構
成とした。すなわち、この実施例では、図２の構成にお
いてｎ型Ｓｉ基板１１上に、厚さ４ｎｍのＳｉＯ2 層と
厚さ２０ｎｍのＳｉＮ層とによる活性層１３を形成し
た。この場合においても、その記録、消去は、図３の構
成によって、カンチレバー２２と、記録媒体の電極１２
との間にパルス電圧の印加を行って、ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ
ヘテロ界面付近のキャリアのトラップに対する電荷の局
所的注入とその放出によって行う。そして、その記録情
報、すなわち、電荷の局所的注入による記録ビットの再
生は、前記(i) 〜(iii）の構成による再生装置によって
記録媒体に対し、再生ヘッドＨＰが非接触の状態でなさ
れる。
【０２８０】〔実施例３９〕この実施例では、実施例１
〜３８においてその記録および消去ヘッドＨＲと、再生
ヘッドＨＰとをそれぞれ別構成とした。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た例えばその
先端の曲率半径が５０〜１００ｎｍ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ヘ
ッドＨＲのそれより小さい３０ｎｍ以下とする。
【０２８１】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。
【０２８２】〔実施例４０〕この実施例では、実施例１
〜３９において，その各記録媒体がディスク形状とさ
れ、これを回転させて記録および再生を行った。ヘッド
は実施例３９で確認した２種類の記録および再生ヘッド
を用いた。この場合の情報の記録再生特性は、前述した
各実施例と同様に確認することができた。そして、この
場合、記録媒体と非接触状態で情報の再生を行なってい
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。また、ヘテロダイン検出方式のＳＭＭを
用いることにより、またはＫＦＭによりかつその共振周
波数が充分高く、バネ定数が充分低いカンチレバー（ヘ
ッド）を用いることによって記録ビットの高周波数領域
での高速な再生が可能になった。
【０２８３】種々の実験の結果、この場合においても最
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。記録のスイッチング時間は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。
【０２８４】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もっていることが確認された。
【０２８５】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
の最上部に例えばダイヤモンドライクカーボン等による
保護層（図示せず）を被覆することが好ましく、このよ
うな保護膜を被覆する場合、記録再生装置および記録媒
体の信頼性が向上する。
【０２８６】上述したように本発明装置によれば、記録
密度の向上、記録再生速度の高速化がはかられた。この
本発明による高密度記録装置は、従来に比較して１桁以
上大きな記録密度を実現できるものである。
【０２８７】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。
【０２８８】また、上述したように、記録ヘッドＨＲお
よび再生ヘッドＨＰを、共通に構成する場合において、
そのヘッドしたがってカンチレバーを複数個設けたいわ
ゆるマルチヘッド構成とすることができる。あるいは記
録ヘッドＨＲおよび再生ヘッドＨＰとを、それぞれ別構
成とする場合においてもその記録ヘッドＨＲおよび再生
ヘッドＨＰの双方もしくは一方をヘッドしたがってカン
チレバーを複数個設けたいわゆるマルチヘッド構成とす
ることができる。
【０２８９】また、上述の各実施例において基板１とし
て導電性Ｓｉ基板を用いる場合、ｎ型Ｓｉ基板としたが
ｐ型Ｓｉ基板とすることもできる。
【０２９０】また、本発明による記録再生装置は、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
る情報を再生する機能を有する構成とすることもでき
る。
【０２９１】
【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、高速な記録再生速度を有するため、
従来技術と比較して格段に優れた高密度記録装置が実現
された。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必要とされる画像情報のストレ
ージ、ハイビジョン放送などの画像の記録およびコンピ
ュータにおける大容量なデータの記録に有効な記録再生
装置となるものである。
【０２９２】また、その再生は、ヘッドが記録媒体に対
して非接触状態で行うことから、ヘッドすなわち針状電
極２１および記録媒体の損耗を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置における記録媒体の１の基本構成を
示す概略断面図である。
【図２】本発明装置における記録媒体の他の基本構成を
示す概略断面図である。
【図３】本発明装置の情報の記録装置の構成の一例を示
す図である。
【図４】本発明装置の情報再生装置の構成の一例を示す
図である。
【図５】本発明装置の情報再生装置の構成の一例を示す
図である。
【図６】本発明装置における記録媒体の一例の概略断面
図である。
【図７】本発明装置における記録媒体の一例の概略断面
図である。
【図８】本発明装置の一例の記録媒体の電圧分極特性図
である。
【図９】本発明装置の一例によって得た記録媒体上の記
録状態の走査型マックスウエル応力顕微鏡による表面形
状と表面電位分布を示すディスプレイ上に表示した中間
調画像である。
【図１０】本発明装置の一例によって得た記録媒体上の
記録状態の走査型マックスウエル応力顕微鏡による表面
形状と表面電位分布を示すディスプレイ上に表示した中
間調画像である。
【図１１】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図１２】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図１３】本発明装置の一例の記録媒体の電圧分極特性
図である。
【図１４】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図１５】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図１６】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図１７】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図１８】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図１９】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図２０】本発明装置の一例によって得た記録媒体上の
記録状態の走査型マックスウエル応力顕微鏡による表面
形状と表面電位分布を示すディスプレイ上に表示した中
間調画像である。
【図２１】本発明装置の一例によって得た記録媒体上の
記録状態の走査型マックスウエル応力顕微鏡による表面
形状と表面電位分布を示すディスプレイ上に表示した中
間調画像である。
【図２２】本発明装置の一例によって得た記録媒体上の
記録状態の走査型マックスウエル応力顕微鏡による表面
形状と表面電位分布を示すディスプレイ上に表示した中
間調画像である。
【図２３】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図２４】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。
【図２５】従来の記録媒体の一例の概略断面図である。
【符号の説明】
１０ 記録媒体、１１ 基板、１２ 下部電極、１３
活性層、１４ 絶縁層、２１ 針状電極、２２ カンチ
レバー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年４月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２０】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２１】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２２】

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 針状電極よりなるヘッドにより情報を記
    録または再生する記録再生装置であって、 上記ヘッドから電圧を印加することにより記録媒体の所
    定領域の分極反転あるいは電荷移動により情報を記録ま
    たは消去し、 上記ヘッドが上記記録媒体に非接触な状態で、上記所定
    領域に記録された情報を、該領域における電荷または静
    電容量あるいは表面電位の変化量を検出することによ
    り、再生することを特徴とする記録再生装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、上記ヘッドを、少な
    くとも記録用および再生用の共通のヘッドとしたことを
    特徴とする記録再生装置。
  3. 【請求項３】 請求項１において、上記ヘッドを、少な
    くとも記録用および再生用の２種のヘッドとしたことを
    特徴とする記録再生装置。
  4. 【請求項４】 請求項１において、上記記録または消去
    を、上記ヘッドに２０Ｖ以下の電圧を印加することによ
    り行い、上記記録媒体の単位記録領域は直径１００ｎｍ
    以下であることを特徴とする記録再生装置。
  5. 【請求項５】 請求項１において、単位記録領域の記録
    再生時間を、１μｓ以下とすることを特徴とする記録再
    生装置。
  6. 【請求項６】 請求項１において、情報の記録は上記ヘ
    ッドを上記記録媒体に接触させて行うことを特徴とする
    記録再生装置。
  7. 【請求項７】 請求項１において、記録情報の再生を、
    上記電荷または静電容量あるいは表面電位の変化量をヘ
    テロダイン検出法を用いて再生ヘッドの共振周波数より
    高い周波数で高速に検出することにより再生することを
    特徴とする記録再生装置。
  8. 【請求項８】 請求項１において、記録情報の再生を、
    上記電荷または静電容量あるいは表面電位の変化量もし
    くは変化量の微分を再生ヘッドの共振周波数の周波数シ
    フトに起因する共振点での振幅または位相の変化を検出
    することにより行うことを特徴とする記録再生装置。
  9. 【請求項９】 請求項１において、上記記録または再生
    を、上記記録媒体を回転させて行うことを特徴とする記
    録再生装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１において、上記記録媒体が、
    強誘電体層を有することを特徴とする記録再生装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０において、上記強誘電体層
    が、ジルコン酸チタン酸鉛よりなることを特徴とする記
    録再生装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１０において、上記強誘電体層
    が、ビスマス層状化合物よりなることを特徴とする記録
    再生装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１０において、上記強誘電体層
    が、高分子強誘電体材料よりなることを特徴とする記録
    再生装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１において、上記記録媒体がキ
    ャリアのトラップを有する電荷蓄積層を有することを特
    徴とする記録再生装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４において、上記記録媒体の
    電荷蓄積層がキャリアのトラップを有するヘテロ界面お
    よびキャリアのトラップを有するヘテロ層を有すること
    を特徴とする記録再生装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１４において、上記記録媒体の
    上記電荷蓄積層が、導電性シリコン基板上の酸化シリコ
    ン層および窒化シリコン層を有してなることを特徴とす
    る記録再生装置。
  17. 【請求項１７】 上記請求項１６において、上記記録媒
    体が、上記針状電極の表面金属材料と酸化シリコンとの
    中間の禁止帯幅を有する材料を表面に有することを特徴
    とする記録再生装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１において、上記記録媒体が、
    電子またはホールを輸送可能な分子材料層を有すること
    を特徴とする記録再生装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１において、上記記録媒体が、
    最上層に保護層を有することを特徴とする記録再生装
    置。
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