JPH09153235A - Recording and reproducing device - Google Patents
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Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recording / reproducing apparatus for performing novel recording and reproduction capable of performing ultra-high-density recording of image information, large-capacity data information and the like, or for performing only reproduction of recorded information. Get involved.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art There is a demand for a high-speed recording / reproducing apparatus for large-capacity image information and data files required for a multimedia society, especially for high-definition systems and advanced information communication systems, computer networks, video-on-demand, information demand. It is increasing more and more.
【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。Conventional high-density recording technologies that allow random access include magnetic recording, optical recording, and semiconductor memory.
【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。[0004] In spite of the fact that the degree of integration of semiconductor memories has been improving year by year, due to the limitations of semiconductor memory manufacturing technology, for example, photolithography, such semiconductor memories have a capacity sufficient to record high-definition image information. That is, a semiconductor memory satisfying a capacity of at least 3 Gbytes has not yet been obtained.
【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。[0005] In optical recording and magnetic recording, in order to record a large amount of information, it is necessary to reduce the recording area and improve the recording density.
【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以下の記録領域を実現することは難しいとされてい
る。In this optical recording, attempts have been made to reduce the recording area.
Even if a semiconductor laser light source near 00 nm is developed, there is a physical limit and a diffraction limit of light.
It is said that it is difficult to realize a recording area of nm or less.
【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。[0007] In magnetic recording, the recording density has been remarkably improved due to the development of a magneto-resistive magnetic head (MR magnetic head) and a giant magneto-resistive magnetic head (GMR magnetic head), especially for hard disks. ,
It is difficult to achieve a recording area of 100 nm or less due to the sensitivity of the reproducing head.
【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。On the other hand, a scanning tunneling microscope (STM: Scanning Tunneling Mic) having a spatial resolution at the atomic and molecular level.
roscope), Atomic Force Mic (AFM)
roscope) has been developed and applied to the analysis of the fine surface shape of various materials, and has achieved great success as a surface analysis device.
【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。In AFM, the interatomic interaction between a sample and a cantilever tip is used as a probe.
FM has been developed as a scanning probe microscope (SPM) using various physical quantities as probes. Recently, these means, namely atoms,
Feasibility as a high-density memory is being studied using means for accessing molecules.
【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。[0010] Until now, using STM or AFM,
Attempts to realize high-density recording have been reported, but only the theoretical possibilities have been described, and they have not been put to practical use.
【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静電容
量顕微鏡( ＳＣＭ：ScanningCapacitance 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 Phys
ics,70 2725-2733 (1991) 参照。) 。For example, Kuwait (Q
uate) et al. TwoFilm and SiN film
Formed NOS (SiN / SiOTwo/ Si) structure
Scanning electrostatic capacitance, which is an advanced system of AFM using a recording medium
Scanning Capacitance Microscope (SCM)
Depending on the configuration, the possibility of application to high density memory was shown.
(R.C.Barret and C.F.Quate; Journal of Applied Phys
See ics, 70 2725-2733 (1991). ).
【００１２】ところで、図９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Ｍ
ＮＯＳ（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ＥＥＰＲＯ
Ｍ（Electrically Erasable Read Only Memory) ですで
に実用化されている。By the way, as shown in FIG. 9, a SiO 2 film 2 by thermal oxidation and a SiN film 3 by thermal CVD (chemical vapor deposition) are deposited on an n-type Si substrate 1,
A so-called M in which a metal electrode 4 is deposited on the SiN film 3
A recording medium of NOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) system is one of nonvolatile semiconductor memories, EEPRO.
It has already been put to practical use in M (Electrically Erasable Read Only Memory).
【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。The basis of these NOS-based and MNOS-based recording / reproducing is to use the transfer of charges between the Si semiconductor and the SiO 2 / SiN interface or a trap in SiN in the vicinity thereof.
【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１２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界面とその近傍のＳｉＮ膜３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界面やＳｉＮ膜３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
記録媒体へのパルス電圧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。That is, with this layer structure, SiO 2 / SiN
In the interface and in the SiN layer forming this interface (hereinafter simply referred to as S
It is known that carrier traps are formed in the vicinity of the iO 2 / SiN interface).
Applying a positive voltage to the metal electrode 4 on the SiN film 3 (hereinafter referred to as upper electrode) in the OS system, electrons from the Si substrate 1 side by the strong electric field to tunnel the SiO 2 film 2, SiO 2
It is injected into the trap of the SiN film 3 in the vicinity of the / SiN interface and its vicinity and is accumulated there. On the other hand, when a negative voltage is applied to the upper electrode 4, electrons stored in the trap are tunneled through the SiO 2 film 2 toward the Si substrate 1 side by a strong electric field in the opposite direction and are emitted to the SiO 2 / SiN interface or the SiN film 3 The electrons existing in the trap of are depleted. In this way, MNOS
Recording and erasing are performed by the movement of electric charges accompanying the application of a pulse voltage to the recording medium. To read or reproduce recorded information from this recording medium, a method is used in which it is electrically read as a change in the electrostatic capacity of this recording medium, that is, the MNOS structure capacitor.
【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
報に基ずく静電容量変化を、静電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。In the above-mentioned research by Kuwait et al., Recording and erasing are performed in a state in which a conductive cantilever is in contact with an NOS medium, and similarly, a capacitance change based on the recorded information is measured in a contact state of the conductive cantilever. A method of reproducing by detecting with a capacitance sensor is adopted. According to this method, it has been shown that information recording / reproducing, that is, high-density recording is possible in a minute area which cannot be achieved by optical recording or magnetic recording method which is currently being put into practical use or researched and developed. In this case, the movement of the carrier (electron) is used for the recording medium. In this case, the minimum recording area was about 150 nm in diameter, and the electrons accumulated in the trap were stable for 7 days or more.
【００１６】[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、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。However, in the above-described high-density recording device, the characteristics of the NOS material are that the time required for recording and erasing information is on the order of ms (milliseconds) and the voltage is 40 V (threshold voltage). 25 V), which is not sufficient for high speed and low voltage driving.
【００１７】また、従来の静電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。Further, as a recording apparatus of the type that uses the conventional electrostatic capacity change detection method for reproduction, there is an electrostatic capacity type (CED) or a VHD video disk capable of high density recording.
However, in order to make this a large-capacity recording medium, the recording density is low, and it is read-only and does not have a recording / erasing function.
【００１８】また、最近になりフランケ等により、強誘
電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）記録媒体とＳＰＭを組み合わせて、Ｐ
ＺＴ強誘電体ドメインの評価および高密度メモリへの応
用の可能性が報告された（K.Seegebarth;Surface Scien
ces Letters,L283-L288(1994) 参照）。Further, recently, due to Franke and others, lead zirconate titanate (PZT (Pb (Z
r, Ti) O 3 ) A recording medium and SPM are combined, and P
Evaluation of ZT ferroelectric domain and possibility of application to high density memory were reported (K. Seegebarth; Surface Scien
ces Letters, L283-L288 (1994)).
【００１９】しかしながら、この高記録密度装置で次に
挙げる問題点がある。 （１）記録媒体として用いるＰＺＴ薄膜は分極反転に伴
う材料としての疲労劣化が大きく耐久性に問題がある。 （２）記録の最小単位となるＰＺＴの強誘電性の単位で
あるドメインが大きく、記録ビットのサイズを小さくす
ることが難しい。However, this high recording density device has the following problems. (1) A PZT thin film used as a recording medium has a large fatigue deterioration as a material due to polarization reversal, and has a problem in durability. (2) The domain, which is the ferroelectric unit of PZT, which is the minimum recording unit, is large, and it is difficult to reduce the size of the recording bit.
【００２０】本発明は、高速、高密度記録にすぐれ、低
電圧駆動を可能にし、疲労特性の改善をはかることがで
きる記録再生装置を提供する。The present invention provides a recording / reproducing apparatus which is excellent in high-speed and high-density recording, can be driven at a low voltage, and can improve fatigue characteristics.
【００２１】[0021]
【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２０Ｖ以下の電圧を印加するこ
とにより記録媒体の強誘電体層の所定領域の分極反転に
より情報を記録または消去し、ヘッドが記録媒体に接触
した状態で、微細領域に記録された分極反転による記録
情報を、微細領域における電荷または静電容量の変化量
あるいは圧電歪の変化量を検出することにより再生す
る。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is a recording / reproducing apparatus for recording or reproducing information by a head composed of needle-shaped electrodes, wherein a ferroelectric material of a recording medium is applied by applying a voltage of 20 V or less from the head. Information is recorded or erased by polarization reversal in a predetermined area of the layer, and when the head is in contact with the recording medium, the recorded information by polarization reversal recorded in the fine area is used as a change amount of the charge or capacitance in the fine area or Reproduction is performed by detecting the amount of change in piezoelectric strain.
【００２２】本発明装置においては、針状電極によるヘ
ッドによって２０Ｖ以下の電圧印加により記録媒体に対
し、分極反転により情報を記録または消去する態様を採
ることから、高速、高密度記録がなされる。In the apparatus of the present invention, information is recorded or erased on the recording medium by polarization reversal by applying a voltage of 20 V or less by the head using the needle-shaped electrode, so that high speed and high density recording is performed.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】図１ＡおよびＢは、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１Ａに
示す基本構成においては、導電性を有する基板１１上に
活性層１３が形成され、これとは反対側の基板１１の裏
面に下部電極１２が被着された構成を有する。図１Ｂ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
する。1A and 1B show respective basic structures of a recording medium 10 used in the device of the present invention. The basic configuration shown in FIG. 1A has a configuration in which an active layer 13 is formed on a substrate 11 having conductivity, and a lower electrode 12 is attached to the back surface of the substrate 11 on the opposite side. In the basic configuration shown in FIG. 1B, the lower electrode 12,
It has a configuration in which an active layer 13 for recording information is formed.
【００２４】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。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ＳｒＢｉＴｉＯ、Ｓ
ｒＢｉＴａＯ、ＰｂＢｉＴａＯ、ＢａＢｉＮｂＯ、例え
ばＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 、ＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 あるい
はチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ3 、またはランタンドープのジ
ルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）の例えばＰｂ（Ｌａ，
Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 、または高分子強誘電体のポリフッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）、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、フッ化ビ
ニリデンとテトラフルオロエチレン（ＶＤＦ−ＴｅＦ
Ｅ）共重合体等によって構成する。The active layer 13 is composed of a ferroelectric layer that performs local polarization reversal. This ferroelectric layer is made of, for example, a so-called Bi layered compound such as SrBiTiO, S.
rBiTaO, PbBiTaO, BaBiNbO such as SrBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 2 Nb 2 O 9 or lead titanate PbTiO 3 or lanthanum-doped lead zirconate titanate (PLZT) such as Pb (La,
Zr, Ti) O 3 , or polymer ferroelectric polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride and trifluoroethylene (VDF-TrFE) copolymer, vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene (VDF-TeF)
E) It is composed of a copolymer or the like.
【００２５】これら記録媒体１０を構成する強誘電体層
の各構成料層は、それぞれ例えばスパッタリング法、Ｍ
ＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition
）法、ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）法、分子線蒸着法、
通常の蒸着法、ＭＯＤ（MetalOxide Deposition）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。Each of the constituent layers of the ferroelectric layer constituting the recording medium 10 is, for example, a sputtering method or M
OCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition
) Method, LPCVD (low pressure CVD) method, molecular beam deposition method,
Ordinary vapor deposition method, MOD (Metal Oxide Deposition) method,
The film can be formed by a laser ablation method, a sol-gel method, a spin coating method, a thermal oxidation method, a thermal nitriding method, or the like.
【００２６】強誘電体の特徴は、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である。電界
の方向に対して２つの双安定点を利用して、ディジタル
データの“０”および“１”に対応させ、両者間を高速
に切換え記録することができる。The characteristic of the ferroelectric substance is that it has spontaneous polarization and its direction can be controlled by an electric field. By utilizing two bistable points with respect to the direction of the electric field, it is possible to correspond to digital data "0" and "1", and to switch and record between them at high speed.
【００２７】この記録媒体１０に対する情報の記録・消
去は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）構成による記録・消去
装置によって行い、その針状電極を有する導電性カンチ
レバーによる記録ヘッドを記録媒体１０に接触させて、
その記録ヘッドすなわち導電性カンチレバーから２０Ｖ
以下の高速パルス電圧を印加して、強誘電体層の自発分
極の向きを局所的にかつ高速に反転させて行う。すなわ
ち、高速記録が可能となる。Information is recorded / erased on / from the recording medium 10 by a recording / erasing device having an atomic force microscope (AFM) structure, and a recording head made of a conductive cantilever having a needle electrode is brought into contact with the recording medium 10. hand,
20V from the recording head or conductive cantilever
The following high-speed pulse voltage is applied to locally and rapidly reverse the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric layer. That is, high speed recording becomes possible.
【００２８】本発明装置における記録、消去装置と、再
生装置の具体例を説明する。まず、記録・消去装置につ
いて説明する。Specific examples of the recording / erasing device and the reproducing device in the device of the present invention will be described. First, the recording / erasing device will be described.
【００２９】〔記録、消去装置〕図２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。[Recording / Erasing Device] FIG. 2 is a schematic block diagram of an example of the recording / erasing device. This recording head HR has, for example, a strip-like shape in which a needle-like electrode 21 having a point contact or a minute surface contact with a recording medium, such as a conical shape, a triangular pyramid shape, a cross-section such as a triangular column shape, is formed at the tip. And a cantilever 22 having one end fixed. This cantilever 22 has a spring constant of 0.
High conductivity is imparted by covering the surface with a single-layer or multi-layer metal layer of Au, Pt, Co, Ni, Ir, Cr or the like made of Si or SiN of 01 to 10 [N / m]. Consisting of Or needle-like processing is possible,
It is made of conductive silicon doped with impurities having conductivity. These cantilevers 22
It can be manufactured by a so-called microfabrication technique.
【００３０】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。Reference numeral 30 denotes a mounting table for the recording medium 10 on which the recording medium 10 is placed and which is arranged to move or rotate along the surface direction, for example, with respect to the x-axis and the y-axis which are orthogonal to each other. The mounting table 30 is further configured to be capable of movement control in a direction perpendicular to the surface direction of the recording medium 10 (hereinafter referred to as z-axis direction) so that the contact state of the recording head, that is, the cantilever 22 with the needle electrode 21 can be adjusted. It
【００３１】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。In order to control the mounting table 30 in the z-axis direction, for example, the laser light from the semiconductor laser 38 is converged by the converging lens system 31 to irradiate the tip of the cantilever 22, and the reflected light thereof is divided into, for example, a plurality of divided beams. Differential detection is performed by a photodetector 32 including a photodiode, for example, a four-division photodiode, and the detection signal is input to a servo circuit 34 that controls the z-axis of the mounting table 30 through a preamplifier 33 to detect the z-axis of the mounting table 30. By controlling the position, the recording head, that is, the needle-shaped electrode 21 is constantly controlled so as to be in the optimum contact state with respect to the recording medium 10.
【００３２】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。On the other hand, a voltage according to the recording signal is applied between the cantilever 22 and the lower electrode 12 of the recording medium 10. This applied voltage is applied by superimposing a pulse voltage from the pulse voltage generation circuit 35 according to the recording signal on a required DC bias voltage from the DC power supply 36.
【００３３】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Ｈ
Ｒ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
ことにより局所的に分極反転を行って情報の記録を、こ
の分極反転による電荷ないしは静電容量の変化として記
録するとか、圧電歪の変化として記録する。In this way, the needle-shaped electrode 21 at the tip of the cantilever 22, that is, the recording head H is recorded on the recording medium 10.
Information is recorded by locally reversing the polarization by applying a voltage obtained by superimposing a pulse voltage on the above-mentioned DC voltage while moving relative to the recording medium with R in contact with the recording medium. It is recorded as a change in charge or capacitance, or as a change in piezoelectric strain.
【００３４】具体的には、記録媒体１０の強誘電体層表
面と下部電極１２との間に１０Ｖの電圧を印加すること
により作製した強誘電体材料層の自発分極の向きを一定
に揃える。次に、導電性カンチレバーに−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て、情報を記録媒体に記録す
る。また、＋５Ｖ〜＋１０Ｖのパルス電圧を加えること
により局所的な分極の向きをもとに戻し、記録情報を消
去することができる。しかしながら、この場合、記録情
報のオーバーライトが可能であるため、情報の記録にお
いて、特に先の記録を消去する必要はない。Specifically, the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric material layer produced by applying a voltage of 10 V between the surface of the ferroelectric layer of the recording medium 10 and the lower electrode 12 is made uniform. Next, -5V to -9V is applied to the conductive cantilever.
By applying the pulse voltage of, the direction of polarization of the ferroelectric layer is locally reversed and information is recorded on the recording medium. Further, by applying a pulse voltage of +5 V to +10 V, the local polarization direction can be restored to the original one and the recorded information can be erased. However, in this case, since the recorded information can be overwritten, it is not necessary to particularly erase the previous recording when recording the information.
【００３５】図３は、記録媒体１０の強誘電体層の、印
加電界Ｅに対する静電容量の微分（ｄＣ／ｄＶ）あるい
は圧電歪と、分極の関係を示すものである。分極は、電
界に対して２つの安定点を持ち、これが強誘電体層の自
発分極の向きに対応している。本発明では、２つの安定
点の間をパルス電圧印加によって高速にスイッチングす
ることにより記録・消去を行うことができる。FIG. 3 shows the relationship between the polarization of the ferroelectric layer of the recording medium 10 with respect to the applied electric field E (dC / dV) or the piezoelectric strain or the piezoelectric strain. The polarization has two stable points with respect to the electric field, which corresponds to the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric layer. In the present invention, recording / erasing can be performed by switching between two stable points at high speed by applying a pulse voltage.
【００３６】上述したように、情報の記録は、強誘電体
層における分極反転によって行うものの、この分極反転
による記録は、強誘電体層における静電容量の変化、あ
るいは圧電歪の変化を発生させるものとして記録し、こ
の情報の読み出しすなわち再生を、静電容量の変化量と
して検出再生する場合と、電界に比例する圧電歪の変化
量として検出再生する場合とを採る。As described above, the recording of information is performed by the polarization reversal in the ferroelectric layer, but the recording by the polarization reversal causes the change of the electrostatic capacity or the change of the piezoelectric strain in the ferroelectric layer. The information is recorded and recorded, and the reading or reproduction of this information is detected and reproduced as the amount of change in electrostatic capacitance and detected and reproduced as the amount of change in piezoelectric strain proportional to the electric field.
【００３７】まず、静電容量の変化量として検出再生す
る再生装置（再生装置Ｉという）について説明する。 〔再生装置Ｉ〕この場合、例えば記録媒体中での自発分
極の向きが反転した領域と反転していない領域とでのＳ
ｉ基板表面に形成される空間電荷層（空乏層）の状態が
自発分極の向きに対応して異なることを利用して静電容
量の変化量として再生する。この記録媒体１０からの記
録情報の再生も、再生ヘッドを記録媒体１０に対して接
触させた状態で行う。図４は、記録情報に基く静電容量
の変化量を検出して記録情報の再生を行うこの再生装置
の一例の概略構成図を示す。この再生装置Ｉは、具体的
には上述のＡＦＭを発展させた周知の走査型静電容量顕
微鏡（ＳＣＭ：Scanning Capacitance Microscop）構成
とした（以下、この再生装置をＳＣＭ型再生装置とい
う）。すなわち、この場合においても、前述した記録装
置におけると同様に、先端に針状電極２１を有する導電
性カンチレバー２２が設けられた再生ヘッドＨＰを有し
てなる。この再生ヘッドＨＰは、記録ヘッドＨＲと共用
することも別構成とすることもできる。この再生ヘッド
ＨＲにおいても、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２
２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。First, a reproducing apparatus (referred to as reproducing apparatus I) which detects and reproduces as the amount of change in electrostatic capacity will be described. [Reproducing apparatus I] In this case, for example, S in a region in which the direction of spontaneous polarization is reversed and in a region in which it is not reversed in the recording medium.
The state of the space charge layer (depletion layer) formed on the surface of the i substrate is different depending on the direction of spontaneous polarization, and is reproduced as the amount of change in capacitance. The reproduction of the recorded information from the recording medium 10 is also performed with the reproducing head in contact with the recording medium 10. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an example of the reproducing apparatus that reproduces the recorded information by detecting the amount of change in electrostatic capacitance based on the recorded information. The reproducing apparatus I has a well-known Scanning Capacitance Microscop (SCM) configuration, which is a development of the above-described AFM (hereinafter, this reproducing apparatus is referred to as an SCM type reproducing apparatus). That is, also in this case, similarly to the above-described recording apparatus, the reproducing head HP provided with the conductive cantilever 22 having the needle-shaped electrode 21 at the tip is provided. The reproducing head HP can be used in common with the recording head HR, or can be configured differently. Also in this reproducing head HR, for example, a strip having a conical shape, a triangular pyramid shape, a needle-like electrode 21 having a cross section of, for example, a prism having a cross section of, for example, a triangular shape and capable of making point contact or minute surface contact with a recording medium is formed. A cantilever 22 having a flat leaf spring configuration and one end thereof fixed. This cantilever 2
2 is made of Si or SiN having a spring constant of 0.01 to 10 [N / m], and Au, Pt, Co, Ni,
High conductivity is imparted by coating a single-layer or multi-layer metal layer such as Ir or Cr. Alternatively, it is made of conductive silicon which can be processed in a needle shape and is doped with impurities having conductivity. These cantilevers 22 can be manufactured by a so-called microfabrication technique.
【００３８】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との接触状態を調整で
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。As described above, the mounting table 30 is configured to move or rotate along the surface direction of the recording medium 10 mounted on the mounting table 30, for example, with respect to the x axis and the y axis which are orthogonal to each other. Further, the cantilever 22 as the reproducing head HP is configured to be movable and controlled in the z-axis direction orthogonal to the surface direction of the recording medium 10 so that the contact state with the needle electrode 21 can be adjusted.
【００３９】再生ヘッドＨＰの針状電極２１を記録媒体
１０上に接触させ、この状態で載置台３０によって記録
媒体を例えば回転させて針状電極２１を記録媒体１０上
に走査しつつ、直流電源４０からの直流バイアス電圧Ｖ
記録媒体１０に印加し、カンチレバー２２と記録媒体１
０との間の静電容量を検出器５０に内蔵する発振周波数
９１５ＭＨｚの発振器からの発振周波数シフトとして静
電容量信号Ｃ（Ｖ）を検出し、ロックインアンプ４５か
らｄＣ／ｄＶ信号を取り出し、これをコンピュータ５２
に入力する。この場合、媒体の極くわずかな容量変化が
共振周波数のシフトとなり、出力振幅の高低が変化す
る。この信号を検波回路で検波し、静電容量の変化とし
て検出する。The needle electrode 21 of the reproducing head HP is brought into contact with the recording medium 10 and, in this state, the recording medium 10 is rotated by the mounting table 30 to scan the needle electrode 21 on the recording medium 10 while a DC power source is supplied. DC bias voltage V from 40
The cantilever 22 and the recording medium 1 are applied to the recording medium 10.
The capacitance signal C (V) is detected as an oscillation frequency shift from an oscillator having an oscillation frequency of 915 MHz built in the detector 50, and a dC / dV signal is extracted from the lock-in amplifier 45. This is called computer 52
To enter. In this case, a very small change in the capacity of the medium causes a shift in the resonance frequency, and the level of the output amplitude changes. This signal is detected by a detection circuit and detected as a change in capacitance.
【００４０】その概略構成を説明すると、カンチレバー
２２に、例えば半導体レーザ４３からのレーザー光を照
射し、その反射光を光検出器４４によって検出し、サー
ボ回路に入力し、載置台３０のＺ軸方向の制御がなされ
る。このとき、記録媒体に垂直方向に印加した電界の向
きに記録媒体の自発分極が配列した状態での静電容量の
値が極大となるように、図３に示す分極−電界のヒステ
リシスにおいて、ｄＣ／ｄＶ値が極大になるような条件
に直流バイアス電圧を設定する。静電容量の微分は、分
極−電界のヒステリシスの微分量であるため、２種類の
静電容量の差が極大になるためには、記録媒体に抗電界
（抗電圧）程度の値に電界Ｅが設定されるようにバイア
ス電圧を選定すれば良い。Explaining the schematic configuration thereof, the cantilever 22 is irradiated with laser light from, for example, a semiconductor laser 43, and the reflected light is detected by a photodetector 44, input to a servo circuit, and the Z axis of the mounting table 30. Directional control is made. At this time, in order to maximize the value of the capacitance in the state where the spontaneous polarization of the recording medium is arranged in the direction of the electric field applied in the direction perpendicular to the recording medium, the dC in the hysteresis of the polarization-electric field shown in FIG. The DC bias voltage is set under the condition that the / dV value is maximized. Since the capacitance differential is the differential amount of the polarization-electric field hysteresis, in order to maximize the difference between the two types of capacitance, the electric field E is set to a value about the coercive electric field (coercive voltage) on the recording medium. The bias voltage may be selected so that
【００４１】次に、記録情報の記録を、分極反転によっ
て行うものの、この記録によって強誘電体層におけるる
圧電歪を発生させるものとして記録し、この情報の読み
出しすなわち再生を圧電歪の変化量を検出によって行う
場合の再生装置（再生装置ＩＩ）の一実施例を説明す
る。Next, although recording information is recorded by polarization reversal, recording is performed so as to generate piezoelectric strain in the ferroelectric layer by this recording, and reading or reproduction of this information is performed by changing the amount of change in piezoelectric strain. An example of the reproducing apparatus (reproducing apparatus II) in the case of performing detection will be described.
【００４２】〔再生装置ＩＩ〕この再生装置は、ＳＭＭ
構成において、そのカンチレバーの先端の針状電極を記
録媒体に接触させた態様による。以下この再生装置ＩＩ
を、便宜上コンタクトＳＭＭ型再生装置という。[Reproduction Device II] This reproduction device is an SMM.
In the configuration, the needle electrode at the tip of the cantilever is in contact with the recording medium. Below, this playback device II
Is called a contact SMM type reproducing device for convenience.
【００４３】図５は、このコンタクトＳＭＭ装置の概略
構成図で、この再生装置においても、前述した記録装置
におけると同様に、先端に針状電極２１を有する導電性
カンチレバー２２が設けられた再生ヘッドＨＰを有して
なる。この再生ヘッドＨＰは、記録ヘッドＨＲと共用す
ることも別構成とすることもできる。すなわち、この再
生ヘッドＨＲにおいても、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Ｓ
ｉもしくはＳｉＮよりなりその表面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃ
ｏ、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。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of this contact SMM apparatus. Also in this reproducing apparatus, as in the recording apparatus described above, a reproducing head provided with a conductive cantilever 22 having a needle electrode 21 at its tip. With HP. The reproducing head HP can be used in common with the recording head HR, or can be configured differently. That is, also in the reproducing head HR, the needle-like electrode 21 having a conical shape, a triangular pyramid shape, a cross-section, for example, a triangular prism shape, or the like, which is capable of substantially point contact or minute surface contact with the recording medium, is formed. For example, it has a strip-shaped leaf spring structure and is composed of a cantilever 22 having one end fixed. This cantilever 22 has an S of a spring constant of 0.01 to 10 [N / m].
made of i or SiN and Au, Pt, C on the surface
High conductivity is imparted by coating a single-layer or multi-layer metal layer such as o, Ni, Ir, or Cr. Alternatively, it is made of conductive silicon which can be processed in a needle shape and is doped with impurities having conductivity. These cantilevers 22 can be manufactured by a so-called microfabrication technique.
【００４４】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との接触状態を調整で
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。As described above, the mounting table 30 is configured to move or rotate along the surface direction of the recording medium 10 mounted on it, for example, with respect to the x-axis and the y-axis that are orthogonal to each other. Further, the cantilever 22 as the reproducing head HP is configured to be movable and controlled in the z-axis direction orthogonal to the surface direction of the recording medium 10 so that the contact state with the needle electrode 21 can be adjusted.
【００４５】そして、その再生ヘッドＨＰすなわちカン
チレバー２２の針状電極２１を記録媒体１０に接触さ
せ、この状態で載置台３０によって、例えば記録媒体１
０を回転させて針状電極２１を記録媒体１０上に走査し
つつ、直流電源４０からの直流バイアス電圧と発振器４
１からの変調信号とを記録媒体に印加する。このとき、
記録媒体１０に記録された情報、すなわち分極反転に基
く逆圧電効果によってカンチレバー２２が圧電歪に起因
する力を受けることにより圧電歪の検出が可能となる。
これを半導体レーザー４３によるレーザー光のカンチレ
バー２２からの反射光を光検出器４４で検出し、ロック
インアンプ４５で所要の信号成分として取出し、コンピ
ュータ５２例えばパーソナルコンピュータ５２によって
処理して上述の記録情報による電界に比例する圧電歪に
よる信号を検出再生する。また、同時にロックインアン
プ４５を経ないＤＣ信号によって所要のサーボ信号を取
出し、サーボ回路４６に入力してこれにより、載置台３
０のＺ軸方向の制御を行って、再生ヘッドＨＰすなわち
針状電極２１と記録媒体１０との接触状態が常に所定と
なるように制御する。Then, the reproducing head HP, that is, the needle-shaped electrode 21 of the cantilever 22 is brought into contact with the recording medium 10, and in this state, by the mounting table 30, for example, the recording medium 1
While rotating the needle electrode 21 on the recording medium 10 by rotating 0, the DC bias voltage from the DC power source 40 and the oscillator 4
The modulated signal from 1 is applied to the recording medium. At this time,
The piezoelectric strain can be detected by the information recorded on the recording medium 10, that is, the cantilever 22 receives a force caused by the piezoelectric strain due to the inverse piezoelectric effect based on the polarization reversal.
The reflected light of the semiconductor laser 43 from the cantilever 22 is detected by the photodetector 44, the lock-in amplifier 45 extracts it as a required signal component, and the computer 52, for example, the personal computer 52 processes it to record the above-mentioned recorded information. A signal due to piezoelectric strain proportional to the electric field due to is detected and reproduced. At the same time, a desired servo signal is taken out by a DC signal that does not pass through the lock-in amplifier 45 and is input to a servo circuit 46, whereby the mounting table 3
0 is controlled in the Z-axis direction so that the contact state between the reproducing head HP, that is, the needle electrode 21 and the recording medium 10 is always predetermined.
【００４６】次に、本発明装置の実施例を説明する。 ［実施例１］この実施例における記録媒体１０は、図１
Ａの基本構成によるもので活性層１３が強誘電体層をＢ
ｉ層状化合物のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 層６３によって構
成した。Next, an embodiment of the device of the present invention will be described. [Embodiment 1] The recording medium 10 in this embodiment is shown in FIG.
According to the basic configuration of A, the active layer 13 is a ferroelectric layer B
The i-layered compound SrBi 2 Ta 2 O 9 layer 63 was used.
【００４７】この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／ｃｍ2 、抗電
圧は２Ｖ以下である。データの保持時間は室温で１０年
以上とされている。データの書換え時間は電極面積に比
例し、この接触面積を充分小さくすることによって１ｎ
ｓ以下となる。そして、この分極反転に起因する静電容
量部分のスイッチング特性も極めて速い。また或るデー
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。When the SrBi 2 Ta 2 O 9 ferroelectric layer is used, the material hardly causes fatigue even if the polarization inversion is repeated 10 12 times.
Value of 2 times (2Pr) is 15 to 30 μC / cm 2 , and the coercive voltage is 2 V or less. Data retention time is said to be 10 years or longer at room temperature. The data rewriting time is proportional to the electrode area.
s or less. Further, the switching characteristic of the capacitance portion due to this polarization reversal is also extremely fast. There is also reliability when different data is written after one data is written continuously.
【００４８】この実施例においては、図６に概略断面図
を示すように、導電性Ｓｉ基板１１上に、バッファ層と
なるＳｒＢｉＴｉＯの下地層９を３０ｎｍの厚さにスパ
ッタリングによって形成する。その後、このバッファ層
９を酸素雰囲気中で熱処理する。この熱処理により、Ｓ
ｉ基板上でも結晶性にすぐれたＢｉ層状化合物のＳｒＢ
ｉＴｉＯ3 の下地層９を形成することができる。次に、
このバッファ層９上に、Ｂｉ層状化合物のＳｒＢｉ2 Ｔ
ａ2 Ｏ9 層による活性層１３をＭＯＣＶＤ法によって形
成する。このようにして形成されたＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ
9 層は、高密度で微細なグレインを有する膜として形成
された。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 層の初期核と
して有効に働くものである。そして、基板１１の活性層
１３の形成側とは反対側（以下裏面という）に、下部電
極１２をオーミックに被着形成する。In this embodiment, as shown in the schematic sectional view of FIG. 6, an SrBiTiO underlayer 9 serving as a buffer layer is formed on the conductive Si substrate 11 by sputtering to a thickness of 30 nm. Then, the buffer layer 9 is heat-treated in an oxygen atmosphere. By this heat treatment, S
SrB, a Bi-layered compound with excellent crystallinity even on the i-substrate
The underlying layer 9 of iTiO 3 can be formed. next,
On this buffer layer 9, SrBi 2 T of Bi layered compound is formed.
The active layer 13 composed of the a 2 O 9 layer is formed by the MOCVD method. SrBi 2 Ta 2 O formed in this way
Nine layers were formed as a film with high density and fine grains. That is, the buffer layer after the above-mentioned heat treatment effectively acts as an initial nucleus of the SrBi 2 Ta 2 O 9 layer grown thereon. Then, the lower electrode 12 is ohmicly formed on the side of the substrate 11 opposite to the side where the active layer 13 is formed (hereinafter referred to as the back surface).
【００４９】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２のＡＦＭ構成による記録
装置によって行った。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、記録ヘ
ッドＨＲすなわち針状電極２１を、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この針状電極２１と下部
電極１２との間にパルス電圧を印加して、強誘電体層６
３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Ｓｉ基板表面の空間電荷層の状態によ
り静電容量の分布を形成する。Recording medium 10 having this ferroelectric layer 63
Was recorded by the recording device having the AFM configuration shown in FIG. That is, the recording medium 10 is placed on the movable mounting table 30, and the recording head HR, that is, the needle-shaped electrode 21 is brought into minute contact with the ferroelectric layer 63,
The mounting table 30 is moved to move the needle-shaped electrode 21 onto the recording medium 10.
A pulse voltage is applied between the needle electrode 21 and the lower electrode 12 based on the recorded information while scanning the
Information is recorded by locally inducing polarization reversal at 3.
That is, a capacitance distribution is formed on the surface of the ferroelectric layer 63 depending on the state of the space charge layer on the surface of the Si substrate due to the polarization reversal according to the recorded information.
【００５０】記録媒体１０からの記録情報の読み出しす
なわち再生装置は、図４の再生装置Ｉとし、記録媒体１
０の強誘電体層６３の分極反転によって生じたＳｉ基板
表面の空間電荷層の静電容量の分布の検出によって行っ
た。The reading device for reading the recorded information from the recording medium 10, that is, the reproducing device is the reproducing device I shown in FIG.
It was performed by detecting the distribution of the electrostatic capacity of the space charge layer on the surface of the Si substrate caused by the polarization reversal of the ferroelectric layer 63 of 0.
【００５１】この実施例１における記録媒体の、Ｂｉ層
状化合物ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 は、強誘電体層であるた
めヒステリシス特性を示す。残留分極Ｐｒの２倍（２Ｐ
ｒ）の値は２５μＣ／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 Ｏ
9 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。The Bi layered compound SrBi 2 Ta 2 O 9 of the recording medium in Example 1 exhibits a hysteresis characteristic because it is a ferroelectric layer. Double remanent polarization Pr (2P
The value of r) was 25 μC / cm 2 , and the coercive voltage was about 0.8V. Thus, the Bi layered compound SrBi 2 Ta 2 O
It can be seen that 9 is a ferroelectric layer showing good hysteresis characteristics.
【００５２】次に、この実施例１における記録・消去、
再生特性を示す。まず、記録媒体１０のＳｒＢｉ2 Ｔａ
2 Ｏ9 による強誘電体層６３の３μｍ×３μｍの領域
に、＋９Ｖの直流電圧、電界０．３ＭＶ／ｃｍ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と下部
電極１２との間に印加して、局所的に分極の向きを反転
させる。次に、ＳＣＭ型再生装置を用いて局所的な自発
分極の向きの差をＳｉ基板表面に生ずる空間電荷層の状
態に起因する静電容量の分布として検出する。Next, recording / erasing in the first embodiment,
The reproduction characteristics are shown. First, SrBi 2 Ta of the recording medium 10
A direct current voltage of +9 V and an electric field of 0.3 MV / cm are applied to a 3 μm × 3 μm region of the ferroelectric layer 63 of 2 O 9 to align the direction of spontaneous polarization in one direction. Next, the opposite polarity −
A pulse voltage of 7 V is applied between the head, that is, the needle electrode 21 and the lower electrode 12 to locally reverse the direction of polarization. Next, an SCM type reproducing device is used to detect the local difference in the direction of spontaneous polarization as the distribution of the capacitance due to the state of the space charge layer generated on the surface of the Si substrate.
【００５３】ＳＣＭによって静電容量を評価した。その
際、バイアス電圧を図３で示すＡ点に設定してその評価
を行った。この場合、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った。また、このコントラスト
が暗い部分の中に明るいスポット部分すなわち記録ビッ
トがが観察された。これは−７Ｖのパルス電圧印加によ
って一方向に揃えられていた分極の向きが反対になって
いることを示している。The capacitance was evaluated by SCM. At that time, the bias voltage was set to point A shown in FIG. 3 and evaluated. In this case, first, it was found that the contrast in the area of 3 μm × 3 μm was dark and the polarization was inverted as compared with the surrounding area. In addition, a bright spot portion, that is, a recorded bit was observed in this dark contrast portion. This indicates that the polarization directions that had been aligned in one direction by the application of a pulse voltage of -7 V are reversed.
【００５４】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した後
に、＋７Ｖのパルス電圧を印加した場合、すなわち上述
とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＣＭの静電容
量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、強誘電体層の分極の局所的
な反転の方向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。When -9V is first applied to the recording medium and then a pulse voltage of + 7V is applied, that is, when a voltage having the opposite polarity to the above is applied, the capacitance distribution of SCM is observed. It was found that the image contrast was also reversed. That is, it can be seen that the directions of local inversion of polarization of the ferroelectric layer are opposite. Also,
It has been found that it also has overwrite characteristics.
【００５５】このことから、この強誘電体層記録媒体の
局所的な分極の向きがカンチレバー記録ヘッドよりのパ
ルス電圧の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。From this, it was shown that the local polarization direction of this ferroelectric layer recording medium is aligned with the direction of the electric field by the application of the pulse voltage from the cantilever recording head. These two types of local polarization directions can be made to correspond to "0" and "1" of the digital data storage. That is, high density recording can be performed by associating "0" and "1" of digital data in a bright part and a dark part.
【００５６】そして、この分極の向きの差に起因する静
電容量の値は、ディジタル信号“０”および“１”のデ
ータの識別に充分な値であることが分かった。It has been found that the value of the electrostatic capacitance due to the difference in the direction of polarization is sufficient for discriminating the data of the digital signals "0" and "1".
【００５７】種々の実験の結果、記録領域の直径を１０
０ｎｍ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。As a result of various experiments, the diameter of the recording area was set to 10
It has been found that the thickness can be reduced to 0 nm or less. It was also found that the switching time for polarization inversion was shorter than 1 μs. Then, it was found that the region where the direction of polarization was locally reversed was sufficiently stable.
【００５８】また、この実施例ではＳＣＭ構成の再生装
置としたが、このＳＣＭでは静電容量検出器に存在する
９１５ＭＨｚの発振器の共振周波数のシフトを用いて静
電容量を検出しているためＭＨｚオーダーの高周波数領
域においても、記録ビットの検出再生が可能であった。In this embodiment, the reproducing apparatus has the SCM structure. However, in this SCM, the capacitance is detected by using the resonance frequency shift of the 915 MHz oscillator existing in the capacitance detector. It was possible to detect and reproduce recorded bits even in the high frequency range of the order.
【００５９】〔実施例２〕この実施例で用いる記録媒体
１０は、図１Ｂの基本構成によるもので活性層１３が強
誘電体層をＢｉ層状化合物のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 層６
３によって構成した。この実施例においても、実施例１
と同様の図２のＡＦＭ構成による記録装置とした。しか
しながら、この実施例２においては、その記録再生装置
として、図５に示したコンタクトＳＭＭ型の再生装置Ｉ
Ｉとした。また、この実施例における記録媒体１０は、
図７に概略断面図を示すように、Ｓｉ基板１１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、拡散バリア層としてのＴｉによる下地層１５
を介してスパッタリングによって厚さ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１
３としてのＢｉ層状化合物のＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 によ
る強誘電体層６３をＭＯＣＶＤ法によって形成した。Example 2 A recording medium 10 used in this example has the basic structure shown in FIG. 1B. The active layer 13 is a ferroelectric layer and the SrBi 2 Ta 2 O 9 layer 6 is a Bi layered compound.
It is composed of three. Also in this embodiment, the first embodiment
A recording apparatus having the same AFM configuration of FIG. However, in the second embodiment, as the recording / reproducing apparatus, the contact SMM type reproducing apparatus I shown in FIG. 5 is used.
I. Further, the recording medium 10 in this embodiment is
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 7, a SiO 2 insulating film 14 is formed on the Si substrate 11 by surface thermal oxidation, and an underlying layer 15 made of Ti as a diffusion barrier layer is formed on the SiO 2 insulating film 14.
300 nm thick Pt by sputtering through
A lower electrode layer 12 made of a film is formed on which the active layer 1 is formed.
The ferroelectric layer 63 made of SrBi 2 Ta 2 O 9 of Bi layered compound as No. 3 was formed by MOCVD.
【００６０】この実施例２の記録・消去、再生特性を示
す。記録・消去特性に関しては、記録媒体の構造が実施
例１の場合と相違するが、実施例１と同材料の強誘電体
層６３が用いられるものであるのでこれに対する印加電
界が実施例１の場合と等しくなるように針状電極２１と
下部電極１２との間に電圧印加を行うことにより、実施
例１と同等の結果が得られるが、その再生は、前述した
コンタクトＳＭＭ型再生装置によって記録媒体１０の強
誘電体層の局所的分極反転による分極の向きの相違を逆
圧電効果に起因する電界に比例して生じる圧電歪の分布
として検出再生する。The recording / erasing and reproducing characteristics of the second embodiment will be shown. Regarding the recording / erasing characteristics, the structure of the recording medium is different from that of the first embodiment, but since the ferroelectric layer 63 of the same material as that of the first embodiment is used, the applied electric field to this is the same as that of the first embodiment. By applying a voltage between the needle-shaped electrode 21 and the lower electrode 12 so as to be the same as the case, the same result as in Example 1 can be obtained, but the reproduction is recorded by the contact SMM type reproduction device described above. The difference in the direction of polarization due to the local polarization reversal of the ferroelectric layer of the medium 10 is detected and reproduced as the distribution of piezoelectric strain generated in proportion to the electric field caused by the inverse piezoelectric effect.
【００６１】そして、コンタクトＳＭＭによって圧電歪
の２次元分布を評価した。このとき、直流のバイアス電
圧を約０．５Ｖに設定して評価を行った。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判定して一方向に並んでいること
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形成されたことが観測さ
れた。これは、−７Ｖの電圧によって一方向に揃った分
極の向きと比較して反対になっていることを示すもので
ある。Then, the two-dimensional distribution of piezoelectric strain was evaluated by the contact SMM. At this time, the direct current bias voltage was set to about 0.5 V for evaluation. First, 3 μm
It was found that the contrast in the part of × 3 μm was dark, and the polarization was judged in comparison with the surrounding area, and it was arranged in one direction. It was observed that a bright spot, that is, a recorded bit, was formed in this dark portion of contrast. This indicates that the polarization direction is opposite to the polarization direction aligned in one direction by the voltage of -7V.
【００６２】この場合、正負２種類の残留分極の間また
は一方の残留分極と分極０との間の圧電歪が分極の向き
の差に対応する画像のコントラストとして観察される。In this case, the piezoelectric strain between positive and negative remanent polarizations or between one remanent polarization and polarization 0 is observed as image contrast corresponding to the difference in polarization direction.
【００６３】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した後
に、＋７Ｖのパルス電圧を印加した場合、すなわち上述
とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＣＭの静電容
量分布で観察される画像のコントラストも逆転した。When -9V is first applied to the recording medium and then a pulse voltage of + 7V is applied, that is, when a voltage of the opposite polarity to the above is applied, the capacitance distribution of SCM is observed. The image contrast is also reversed.
【００６４】そして、この分極の向きに起因する圧電歪
の値は、ディジタル信号の“０”および“１”のデータ
の識別に充分な値であることが分かった。It was found that the value of the piezoelectric strain due to the direction of the polarization is a value sufficient for discriminating the data "0" and "1" of the digital signal.
【００６５】この実施例における再生装置はコンタクト
ＳＭＭとしたが、コンタクトＳＭＭではカンチレバーの
共振周波数によって、測定周波数が制限されるが、共振
周波数が充分大きく（例えば１０ＭＨｚ）、バネ定数が
充分小さい（例えば０．１［Ｎ／ｍ］）カンチレバーを
用いることにより、ＭＨｚオーダーでの高周波数領域で
の記録ビットの応答信号を検出再生することができた。The reproducing apparatus in this embodiment is a contact SMM. In the contact SMM, the measurement frequency is limited by the resonance frequency of the cantilever, but the resonance frequency is sufficiently high (eg 10 MHz) and the spring constant is sufficiently small (eg By using the 0.1 [N / m]) cantilever, it was possible to detect and reproduce the response signal of the recorded bit in the high frequency region of the MHz order.
【００６６】尚、実施例２において、記録媒体として、
Ｔｉ下地層１５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
場合の記録、再生特性と同等な特性を示すことを確認し
た。In the second embodiment, as the recording medium,
As a result of investigating the recording / reproducing characteristics of the recording medium when the Ti underlayer 15 is not inserted, it was confirmed that the recording / reproducing characteristics in the case where the Ti underlayer is arranged are equivalent to the recording / reproducing characteristics.
【００６７】〔実施例３〕実施例１と同様の構成による
が、図６に示すように、強誘電体層６３のＳｒＢｉＴａ
2 Ｏ9 に代えてＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 によって構成し
た。この実施例においても実施例１と同様の図２のＡＦ
Ｍ構成の記録装置とし、再生装置は、ＳＣＭ型の再生装
置Ｉとした。このＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ3 は、分極反転を
１０12回繰返しても疲労特性が極めて少なく、残留分極
の２倍（２Ｐｒ）の値は３０〜５０μＣ／ｃｍ2 、抗電
圧は３Ｖ以下であった。実施例１の場合と比較して、残
留分極および抗電圧の値は約２倍となっている。この場
合においても、データ保持時間は室温で１０年以上とさ
れている。また、この場合においても、データの書換え
時間は電極面積に比例し、電極面積を充分小とすること
によって１ｎｓ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。[Third Embodiment] The structure is the same as that of the first embodiment, but as shown in FIG. 6, SrBiTa of the ferroelectric layer 63 is used.
Instead of 2 O 9 , SrBi 2 Nb 2 O 9 was used. Also in this embodiment, the AF of FIG.
The recording apparatus has an M configuration, and the reproducing apparatus is an SCM type reproducing apparatus I. This SrBi 2 Nb 2 O 3 had very few fatigue characteristics even after repeating polarization reversal 10 12 times, the value twice as much as the residual polarization (2Pr) was 30 to 50 μC / cm 2 , and the coercive voltage was 3 V or less. . Compared with the case of Example 1, the values of remanent polarization and coercive voltage are about twice. Even in this case, the data retention time is 10 years or more at room temperature. Also in this case, the data rewriting time is proportional to the electrode area, and becomes 1 ns or less by making the electrode area sufficiently small. Moreover, the switching characteristics of the capacitor portion are extremely fast. There is also reliability in the case where different data is written after continuously writing certain data.
【００６８】この実施例においても、図６に示すよう
に、Ｓｉ基板１１上に、バッファ層となるＳｒＢｉＴｉ
Ｏの下地層９を３０ｎｍの厚さにスパッタリングによっ
て形成する。その後、このバッファ層９を酸素雰囲気中
で熱処理する。この熱処理により、Ｓｉ基板上でも結晶
性にすぐれたＢｉ層状化合物のＳｒＢｉＴｉＯ3 の下地
層９を形成することができる。次に、このバッファ層９
上に、Ｂｉ層状化合物のＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 強誘電体
層６３による活性層１３をＭＯＣＶＤ法によって形成す
る。このようにして形成されたＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 層
は、高密度で微細なグレインを有する膜として形成され
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 Ｎｂ2 Ｏ9 層の初期核として
有効に働くものである。そして、基板１１の裏面に、下
部電極１２をオーミックに被着形成する。Also in this embodiment, as shown in FIG. 6, SrBiTi serving as a buffer layer is formed on the Si substrate 11.
A base layer 9 of O is formed to a thickness of 30 nm by sputtering. Then, the buffer layer 9 is heat-treated in an oxygen atmosphere. By this heat treatment, it is possible to form the underlayer 9 of SrBiTiO 3 which is a Bi layered compound having excellent crystallinity even on the Si substrate. Next, this buffer layer 9
An active layer 13 composed of a SrBi 2 Nb 2 O 9 ferroelectric layer 63 of a Bi layered compound is formed thereon by MOCVD. The SrBi 2 Nb 2 O 9 layer thus formed was formed as a film having high density and fine grains. That is, the buffer layer after the above heat treatment effectively acts as an initial nucleus of the SrBi 2 Nb 2 O 9 layer grown on the buffer layer. Then, the lower electrode 12 is ohmicly formed on the back surface of the substrate 11.
【００６９】この場合においても、このＳｒＢｉ2 Ｎｂ
2 Ｏ9 は、強誘電体であることから、ヒステリシス特性
を有している。そしてその残留分極の２倍（２Ｐｒ）は
４０μＣ／ｃｍ2 、抗電圧は約３Ｖであった。Even in this case, this SrBi 2 Nb
Since 2 O 9 is a ferroelectric substance, it has a hysteresis characteristic. The double remanent polarization (2Pr) was 40 μC / cm 2 , and the coercive voltage was about 3V.
【００７０】記録装置は、実施例１におけると同様に、
前述した図２のＡＦＭ構成による記録装置によって行っ
た。再生装置は、図４の再生装置Ｉとし、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記録情報の再生を行った。The recording apparatus is the same as in the first embodiment.
The recording is performed by the recording device having the AFM configuration shown in FIG. The reproducing apparatus is the reproducing apparatus I shown in FIG.
The recorded information was reproduced by detecting the distribution of the electrostatic capacitance generated by the polarization reversal of the ferroelectric layer 63.
【００７１】この実施例における記録・消去、再生特性
を示す。この場合においても、記録媒体１０のＳｒＢｉ
2 Ｎｂ2 Ｏ9 による強誘電体層６３の３μｍ×３μｍの
領域に、９Ｖの直流電圧、電界０．３ＭＶ／ｃｍ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る。次に、Ｓ
ＣＭ型再生装置を用いて局所的な自発分極の向きの差を
Ｓｉ基板上の空間電荷層の差に起因する静電容量の分布
として検出する。Recording / erasing and reproducing characteristics in this embodiment will be shown. Even in this case, the SrBi of the recording medium 10
A DC voltage of 9 V and an electric field of 0.3 MV / cm are applied to a region of 3 μm × 3 μm of the ferroelectric layer 63 made of 2 Nb 2 O 9 so that the direction of spontaneous polarization is aligned in one direction. Next, a pulse voltage of -7 V having a reverse polarity is applied from the head, that is, the needle electrode 21, to locally reverse the polarization direction. Next, S
A CM type reproducing apparatus is used to detect a local difference in the direction of spontaneous polarization as a distribution of capacitance caused by a difference in the space charge layer on the Si substrate.
【００７２】ＳＣＭによって静電容量を評価した。その
際、バイアス電圧を図３で示すＡ点に設定してその評価
を行った。この場合、まず３μｍ×３μｍの部分のコン
トラストが周囲に比し暗くなっており、その周辺と比較
して分極が反転していることが分かった。更に、このコ
ントラストが暗い部分の中に明るいスポット部分すなわ
ち記録ビットがが観察された。これは−７Ｖのパルス電
圧によって一方向に揃えられていた分極の向きが局所的
に反対になっていることを示している。The capacitance was evaluated by SCM. At that time, the bias voltage was set to point A shown in FIG. 3 and evaluated. In this case, first, it was found that the contrast in the 3 μm × 3 μm portion was darker than the surroundings, and the polarization was inverted as compared with the surroundings. Further, a bright spot portion, that is, a recorded bit was observed in the dark contrast portion. This indicates that the polarization directions, which were aligned in one direction by the pulse voltage of -7 V, are locally opposite.
【００７３】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した後
に、＋７Ｖのパルス電圧を印加した場合、すなわち上述
とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＣＭの静電容
量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、強誘電体層の分極の局所的
な反転の方向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。When -9V is first applied to the recording medium and then a pulse voltage of + 7V is applied, that is, when a voltage having the opposite polarity to the above is applied, the capacitance distribution of SCM is observed. It was found that the image contrast was also reversed. That is, it can be seen that the directions of local inversion of polarization of the ferroelectric layer are opposite. Also,
It has been found that it also has overwrite characteristics.
【００７４】このことから、この強誘電体層記録媒体の
局所的な分極の向きがカンチレバー記録ヘッドよりのパ
ルス電圧の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。From this, it was shown that the local polarization direction of the ferroelectric layer recording medium is aligned with the direction of the electric field by the application of the pulse voltage from the cantilever recording head. These two types of local polarization directions can be made to correspond to "0" and "1" of the digital data storage. That is, high density recording can be performed by associating "0" and "1" of digital data in a bright part and a dark part.
【００７５】そして、分極の向きの差に起因する静電容
量の値は、ディジタル信号“０”および“１”のデータ
の識別に充分な値であることが分かった。It was found that the value of the electrostatic capacitance due to the difference in polarization direction is a value sufficient for discriminating the data of the digital signals "0" and "1".
【００７６】種々の実験の結果、最小記録領域（最小記
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。As a result of various experiments, it was found that the diameter of the minimum recording area (minimum recording bit) can be 100 nm or less. It was also found that the switching time of the polarization inversion was smaller than 1 μs. Then, it was found that the region where the direction of polarization was locally reversed was sufficiently stable.
【００７７】また、この実施例ではＳＣＭ構成の再生装
置としたが、このＳＣＭでは９１５ＭＨｚの発振器の共
振周波数のシフトを用いて静電容量を検出しているため
ＭＨｚオーダーの高周波数領域においても、記録ビット
の検出再生が可能であった。Further, although the reproducing apparatus having the SCM structure is used in this embodiment, since the electrostatic capacity is detected by using the shift of the resonance frequency of the oscillator of 915 MHz in this SCM, even in the high frequency range of MHz order, It was possible to detect and reproduce recorded bits.
【００７８】〔実施例４〕実施例２と同様の構成とする
が、この実施例４においては、図７の強誘電体層６３を
ＳｒＢｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 によって構成した記録媒体を用い
て、図２のＡＦＭ構成による記録装置とした。そして、
この実施例４では、再生装置として図５のコンタクトＳ
ＭＭ型再生装置ＩＩとした。[Embodiment 4] The structure is the same as that of Embodiment 2, but in this Embodiment 4, a recording medium in which the ferroelectric layer 63 of FIG. 7 is composed of SrBi 2 Nb 2 O 9 is used. The recording apparatus has the AFM configuration shown in FIG. And
In the fourth embodiment, the contact S of FIG.
The MM-type reproducing device II was used.
【００７９】次に、記録・消去・再生特性を示す。ま
ず、３μｍ×３μｍの領域に＋９Ｖの電圧、電界０．３
ＭＶ／ｃｍを記録媒体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のパルス電圧を記録
媒体に印加して、局所的に分極の向きを反転させる。次
に、コンタクトＳＭＭ型再生装置を用いて記録媒体の局
所的な分極の向きの差を逆圧電効果による圧電歪の分布
として検出再生する。そして、コンタクトＳＭＭによっ
て電界に比例する圧電歪の２次元分布を評価した。その
とき、バイアス電圧を約１Ｖに設定して評価を行った。
まず３μｍ×３μｍの部分が周囲に比しコントラストが
暗くなっており、その周辺と比較して分極が反転して一
方向に並んでいることが分かった。そして更に、このコ
ントラストが暗い部分の中に明るいスポットの部分があ
ることが観測された。これは−７Ｖのパルス電圧によっ
て一方向に揃った分極の向きと比較して反対になってい
ることを示す。Next, the recording / erasing / reproducing characteristics will be shown. First, a voltage of +9 V and an electric field of 0.3 in a region of 3 μm × 3 μm.
By applying MV / cm to the recording medium, the direction of spontaneous polarization is aligned in one direction. Next, a pulse voltage of -7V with reverse polarity is applied to the recording medium to locally reverse the polarization direction. Next, the contact SMM type reproducing device is used to detect and reproduce the difference in the local polarization direction of the recording medium as the distribution of the piezoelectric strain due to the inverse piezoelectric effect. Then, the two-dimensional distribution of piezoelectric strain proportional to the electric field was evaluated by the contact SMM. At that time, the evaluation was performed by setting the bias voltage to about 1V.
First, it was found that the 3 μm × 3 μm portion had a darker contrast than the surroundings, and the polarization was inverted compared to the surroundings, and they were arranged in one direction. Furthermore, it was observed that there was a bright spot in the dark contrast. This indicates that the polarization direction is opposite to the polarization direction aligned in one direction by the pulse voltage of -7V.
【００８０】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した
後、＋７Ｖのパルス電圧かけた場合、すなわち、上記の
実験の順序とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＭ
Ｍの圧電歪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、ＳｒＢｉ2 Ｎｂ2
Ｏ3 による強誘電体層の自発分極の局所的な反転の方向
が上記の実験とは反対になっていることが分かった。ま
た、オーバーライト記録特性も有することが分かった。When -9V was first applied to the recording medium and then a pulse voltage of + 7V was applied, that is, when a voltage having a polarity opposite to the order of the above experiment was applied, SM
It was found that the contrast of the image observed with the piezoelectric strain distribution of M was also reversed. That is, SrBi 2 Nb 2
It was found that the direction of local inversion of the spontaneous polarization of the ferroelectric layer due to O 3 was opposite to the above experiment. It was also found to have overwrite recording characteristics.
【００８１】以上より、この強誘電体層による記録媒体
の局所的な分極の向きがカンチレバーすなわち記録ヘッ
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”に対応させることにより高密度記録が可能になる
ことを示した。From the above, it was shown that the direction of local polarization of the recording medium by the ferroelectric layer is aligned with the direction of the electric field by applying a bias voltage from the cantilever, that is, the recording head. It was found that these two types of local polarization directions can be associated with "0" and "1" of the digital data storage. That is, it has been shown that high density recording becomes possible by associating "0" and "1" of digital data in a bright portion and a dark portion.
【００８２】種々の実験の結果、記録ビットの直径は１
００ｎｍ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より小さい
ことが分かった。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。As a result of various experiments, the diameter of the recording bit is 1
It has been found that the thickness can be reduced to 00 nm or less.
It was also found that the switching time of the polarization inversion was smaller than 1 μs. It was found that the region where the direction of polarization was locally reversed was kept sufficiently stable.
【００８３】この分極の向き差に起因する電界に比例す
る圧電歪の値は、ディジタル信号“０”および“１”の
データの識別に充分な値であることが分かった。It has been found that the value of the piezoelectric strain proportional to the electric field caused by the difference in the direction of polarization is a value sufficient for discriminating the data of the digital signals "0" and "1".
【００８４】以上より、この実施例においても高密度記
録装置および記録媒体は高性能な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。From the above, it was found that also in this embodiment, the high density recording apparatus and the recording medium have a sufficient function as a high performance high density recording apparatus.
【００８５】そして、この実施例において、その再生装
置をコンタクトＳＭＭとしたものであるが、このコンタ
クトＳＭＭではカンチレバーの共振周波数によって、測
定周波数が制限されるが、共振周波数が充分大きく（例
えば１０ＭＨｚ）、バネ定数が充分小さい（例えば０．
１［Ｎ／ｍ］）カンチレバーを用いることにより、ＭＨ
ｚオーダーでの高周波数領域での記録ビットの応答信号
を検出再生することができた。In this embodiment, the reproducing device is a contact SMM. In this contact SMM, the measurement frequency is limited by the resonance frequency of the cantilever, but the resonance frequency is sufficiently large (for example, 10 MHz). , The spring constant is sufficiently small (for example, 0.
1 [N / m]) By using a cantilever, MH
It was possible to detect and reproduce the response signal of the recorded bit in the high frequency region of z order.
【００８６】尚、実施例４において、記録媒体として、
図７におけるＴｉ層１５を挿入しない場合の記録媒体の
記録再生特性も検討し、この場合においても記録再生特
性と同等な特性を示すことを確認した。In Example 4, as the recording medium,
The recording / reproducing characteristics of the recording medium in which the Ti layer 15 in FIG. 7 was not inserted were also examined, and it was confirmed that even in this case, the same characteristics as the recording / reproducing characteristics were exhibited.
【００８７】〔実施例５〕この実施例では、記録媒体の
記録がなされる活性層１３を、ランタンドープチタン酸
鉛（ＰＬＺＴ；Ｐｂ（Ｌａ，Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）による
強誘電体層７３を有する構成とした。そして、記録装置
は、図２で示したＡＦＭ構成の記録装置とし、再生装置
はＳＣＭ構成の再生装置Ｉとした。この記録媒体１０
は、図８にその概略断面図を示すように、導電性を有す
るＳｉ基体１１上に、厚さ３０ｎｍで形成したＳｒＴｉ
Ｏ3 を熱処理して形成したバッファ層となる下地層９を
形成し、これの上にＭＯＣＶＤ法によってＬａを１０モ
ル％加えたＰＬＺＴによる強誘電体層７３を３００ｎｍ
の厚さに形成した。この場合ＰＬＺＴ層７３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確認された。そして、基板１１の裏
面に電極１２をオーミックに被着形成した。[Embodiment 5] In this embodiment, a ferroelectric layer 73 made of lanthanum-doped lead titanate (PLZT; Pb (La, Zr, Ti) O 3 ) is used as an active layer 13 for recording on a recording medium. It has a structure having. The recording apparatus is the recording apparatus having the AFM structure shown in FIG. 2, and the reproducing apparatus is the reproducing apparatus I having the SCM structure. This recording medium 10
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 8, SrTi formed with a thickness of 30 nm on a Si substrate 11 having conductivity.
A base layer 9 serving as a buffer layer is formed by heat-treating O 3 , and a ferroelectric layer 73 made of PLZT, to which 10 mol% of La is added by MOCVD, is formed to a thickness of 300 nm.
It was formed in thickness. In this case, it was confirmed that the PLZT layer 73 had a perovskite type crystal structure and had high density and fine grains. Then, the electrode 12 was ohmicly formed on the back surface of the substrate 11.
【００８８】ＰＬＺＴの特徴は、残留分極の２倍（２Ｐ
ｒ）の値は４０〜５０μＣ／ｃｍ2でありＰＺＴの約２
倍程度ある。また、抗電圧は２Ｖ以下である。これまで
問題となっていたＰＬＺＴにおける疲労特性は、酸化物
電極を用いることにより改善されている。データの書換
時間は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。The characteristic of PLZT is that it has twice the remanent polarization (2P
The value of r) is 40 to 50 μC / cm 2, which is about 2 of PZT.
There are about twice as many. The coercive voltage is 2 V or less. The fatigue characteristics of PLZT, which has been a problem until now, have been improved by using an oxide electrode. The data rewriting time is 1 ns or less. The switching characteristics of the capacitor portion are extremely fast. There is also reliability when writing different data after writing certain data continuously.
【００８９】次に、この実施例５の記録消去再生特性を
示す。まず、４μｍ×４μｍの領域に９Ｖの電圧、電界
０．３ＭＶ／ｃｍを記録媒体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の電圧を印加
して、局所的に分極の向きを反転させる。次に、ＳＣＭ
を用いて分極の向き分布を評価した結果、４μｍ×４μ
ｍ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みられ此処で分極が反転している
ことが分かった。これは−７Ｖの逆電圧によって分極の
向きが反対になっていることを示している。また、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”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。Next, the recording / erasing / reproducing characteristics of the fifth embodiment will be shown. First, a voltage of 9 V and an electric field of 0.3 MV / cm are applied to the recording medium in a region of 4 μm × 4 μm to align the spontaneous polarization in one direction. Next, a reverse polarity voltage of -7 V is applied to locally reverse the polarization direction. Next, SCM
As a result of evaluation of polarization direction distribution using, 4 μm × 4 μ
It was found that the contrast at the portion m was dark and a bright portion was observed as compared with the surrounding area, and the polarization was inverted here. This indicates that the polarization direction is reversed by the reverse voltage of -7V. In addition, it was shown that the direction of polarization is aligned with the direction of the electric field as a characteristic of the ferroelectric substance. It was also found that overwriting is possible. The two types of polarization directions can be associated with the digital data storages “0” and “1”.
That is, it has been found that high density recording corresponding to digital data “0” and “1” can be performed in a bright contrast portion and a dark contrast portion.
【００９０】また、種々の実験の結果、最小記録領域
（最小記録ビット）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。そして、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。As a result of various experiments, it was found that the diameter of the minimum recording area (minimum recording bit) can be 100 nm or less. It was found that the switching time for polarization reversal was also shorter than 1 μs. It was also found that the region where the polarization was locally inverted was maintained sufficiently stable.
【００９１】また、この実施例ではＳＣＭ構成の再生装
置としたが、このＳＣＭでは９１５ＭＨｚの発振器の共
振周波数のシフトを用いて静電容量を検出しているため
ＭＨｚオーダーの高周波数領域においても、記録ビット
の検出再生が可能であった。Further, although the reproducing apparatus having the SCM structure is used in this embodiment, since the electrostatic capacity is detected by using the shift of the resonance frequency of the oscillator of 915 MHz in this SCM, even in the high frequency range of MHz order, It was possible to detect and reproduce recorded bits.
【００９２】以上より、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。From the above, it was found that this embodiment also has a sufficient function as a high density recording / reproducing apparatus.
【００９３】〔実施例６〕この実施例においても、ＰＬ
ＺＴ強誘電体層７３を有する記録媒体１０を用いるが、
この実施例においては、図９にその概略断面図を示すよ
うに、Ｓｉ基板１１上に、熱酸化によってＳｉＯ2 絶縁
層１４を形成し、これの上にスパッタリングによって厚
さ３００ｎｍのＩｒＯ2 電極層１２ＡとＩｒ電極層１２
Ｂとを順次被着形成した下部電極１２を形成し、これの
上にＰＬＺＴ強誘電体層７３が形成された構成とする。
そして、その記録装置は、図２のＡＦＭ記録装置とし
た。再生装置はコンタクトＳＭＭ型構成の再生装置ＩＩ
とした。[Embodiment 6] Also in this embodiment, PL
The recording medium 10 having the ZT ferroelectric layer 73 is used,
In this embodiment, as shown in the schematic sectional view of FIG. 9, a SiO 2 insulating layer 14 is formed on a Si substrate 11 by thermal oxidation, and an IrO 2 electrode layer having a thickness of 300 nm is formed thereon by sputtering. 12A and Ir electrode layer 12
The lower electrode 12 is formed by sequentially depositing B and B, and the PLZT ferroelectric layer 73 is formed thereon.
The recording device is the AFM recording device of FIG. The playback device is a contact SMM type playback device II.
And
【００９４】この場合の記録・消去、再生特性を示す。
まず、４μｍ×４μｍの領域に９Ｖの電圧、電界０．３
ＭＶ／ｃｍを記録媒体に印加して自発分極の方向を一方
向に揃える。次に、−７Ｖの電圧を記録媒体に印加し
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電界に比例する圧電歪の分布と
して検出する。実施例１と同様に、コンタクトＳＭＭに
よって圧電歪の分布を評価した結果、４μｍ×４μｍ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った。このコントラ
ストが暗い部分の中に明るい部分があることが分かる。
これは−７Ｖの電圧によって分極の向きが反対になって
いることを示している。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”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”に対応させた高密度記録が可能になることが分か
った。Recording / erasing and reproducing characteristics in this case are shown below.
First, a voltage of 9 V and an electric field of 0.3 in a 4 μm × 4 μm region.
By applying MV / cm to the recording medium, the direction of spontaneous polarization is aligned in one direction. Next, a voltage of -7 V is applied to the recording medium to locally reverse the polarization direction. Next, using SMM, the polarization orientation distribution is detected as a piezoelectric strain distribution proportional to the electric field. As in Example 1, the piezoelectric strain distribution was evaluated by the contact SMM. As a result, it was found that the contrast in the 4 μm × 4 μm portion was dark and the polarization was inverted as compared with the surrounding area. It can be seen that there is a bright portion in this dark portion.
This indicates that the polarization direction is reversed by the voltage of -7V. It was shown that the direction of polarization is aligned with the direction of the electric field as a characteristic of ferroelectrics. It was also found that overwriting is possible. These two types of polarization directions are digital data storage "0" and "1".
Can be made to correspond. That is, it has been found that high density recording corresponding to digital data “0” and “1” can be performed in a bright portion and a dark portion.
【００９５】また、種々の実験の結果、その最小記録領
域（最小記録ビット）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。分極反転のスイッチン
グ時間も１μｍよりも小さいことが分かった。そして、
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。As a result of various experiments, it was found that the diameter of the minimum recording area (minimum recording bit) can be set to 100 nm or less. It was also found that the switching time for polarization reversal was smaller than 1 μm. And
It was found that the region where the polarization was locally reversed was maintained sufficiently stable.
【００９６】この実施例における再生装置はコンタクト
ＳＭＭとしたが、コンタクトＳＭＭではカンチレバーの
共振周波数によって、測定周波数が制限されるが、共振
周波数が充分大きく（例えば１０ＭＨｚ）、バネ定数が
充分小さい（例えば０．１［Ｎ／ｍ］）カンチレバーを
用いることにより、ＭＨｚオーダーでの高周波数領域で
の記録ビットの応答信号を検出再生することができた。
以上より、この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。The reproducing apparatus in this embodiment is a contact SMM. In the contact SMM, the measurement frequency is limited by the resonance frequency of the cantilever, but the resonance frequency is sufficiently high (eg 10 MHz) and the spring constant is sufficiently small (eg By using the 0.1 [N / m]) cantilever, it was possible to detect and reproduce the response signal of the recorded bit in the high frequency region of the MHz order.
From the above, it was found that this embodiment has a sufficient function as a high density recording apparatus.
【００９７】〔実施例７〕この実施例では、記録媒体１
０として、その概略断面図を図１０に示すように、Ｓｉ
基板１１上に、表面熱酸化によって厚さ２０ｎｍの下地
層９を形成し、これの上に厚さ３０ｎｍに、フッ化ビニ
リデンとトリフルオロエチレン（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）共
重合体による高分子強誘電体層１２３を蒸着もしくはス
ピンコートによって形成して構成した。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。そして、この例ではフッ化ビニリデンの含
有量を６５％とした。そして、基板１１の裏面にオーミ
ックに下部電極１２を被着した。Example 7 In this example, the recording medium 1
0, as shown in the schematic sectional view of FIG.
A base layer 9 having a thickness of 20 nm is formed on a substrate 11 by surface thermal oxidation, and a polymer ferroelectric made of vinylidene fluoride and trifluoroethylene (VDF-TrFE) copolymer is formed on the base layer 9 having a thickness of 30 nm. The layer 123 was formed by vapor deposition or spin coating. This copolymer thin film layer exhibits ferroelectricity when the content of vinylidene fluoride is 50% or more. Then, in this example, the content of vinylidene fluoride was set to 65%. Then, the lower electrode 12 was ohmically deposited on the back surface of the substrate 11.
【００９８】この実施例においても、記録装置は図２の
ＡＦＭ構成とし、再生装置はＳＣＭ構成の再生装置Ｉと
した。Also in this embodiment, the recording apparatus has the AFM structure shown in FIG. 2 and the reproducing apparatus has the reproducing apparatus I having the SCM structure.
【００９９】ＶＤＦ−ＴｒＦＥの共重合体の特徴は、そ
の残留分極Ｐｒの２倍（２Ｐｒ）の値は、１５〜２０μ
Ｃ／ｃｍ2 である。データの書き換え時間は、１μｓ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。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。The characteristic of the VDF-TrFE copolymer is that its remanent polarization Pr is twice (2Pr) 15 to 20 μm.
It is C / cm 2 . The data rewriting time is 1 μs or less. The switching characteristics of the capacitor portion are extremely fast. The reliability is also high when different data is written after writing certain data continuously.
【０１００】次に、この実施例７の記録消去再生特性を
示す。まず、４μｍ×４μｍの領域に２０Ｖの電圧を記
録媒体にに印加して自発分極の方向を一方向に揃える。
次に、−１５Ｖ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、ＳＣＭを用いて分極の向き分布を
静電容量の分布として検出する。実施例１と同様に、Ｓ
ＣＭによって静電容量を評価した結果、４μｍ×４μｍ
の部分のコントラストが周囲に比し暗くなっており、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−１５Ｖ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
している。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”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”に対応させた高密度記録
が可能になることが分かった。Next, the recording / erasing / reproducing characteristics of the seventh embodiment will be shown. First, a voltage of 20 V is applied to the recording medium in a region of 4 μm × 4 μm to align the direction of spontaneous polarization in one direction.
Next, a voltage of −15 V is applied to locally reverse the polarization direction. Next, using SCM, the polarization direction distribution is detected as a capacitance distribution. As in Example 1, S
As a result of evaluating the capacitance by CM, 4 μm × 4 μm
It was found that the contrast of the area was darker than the surroundings and there was a brighter area than the surroundings, and the polarization was inverted here. This indicates that the direction of polarization is reversed by applying a voltage of -15V. It was also found that overwriting is possible. The two types of polarization directions can be associated with the digital data storages “0” and “1”.
That is, it has been found that high density recording corresponding to digital data “0” and “1” can be performed in a bright portion and a dark portion.
【０１０１】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。そして、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。
また、この実施例ではＳＣＭ構成の再生装置としたが、
このＳＣＭでは９１５ＭＨｚの発振器の共振周波数のシ
フトを用いて静電容量を検出しているためＭＨｚオーダ
ーの高周波数領域においても、記録ビットの検出再生が
可能であった。As a result of various experiments, it was found that the diameter of the recording area (recording bit) could be 100 nm or less. Switching time for polarization reversal is also 1μ
s. It was also found that the region where the polarization was locally inverted was maintained sufficiently stable.
Further, although the reproducing apparatus having the SCM structure is used in this embodiment,
In this SCM, the electrostatic capacitance is detected by using the shift of the resonance frequency of the oscillator of 915 MHz, so that it is possible to detect and reproduce the recorded bit even in the high frequency region of MHz order.
【０１０２】以上より、本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。From the above, it was found that this embodiment has a sufficient function as a high density recording / reproducing apparatus.
【０１０３】〔実施例８〕この実施例においては、記録
媒体１０として、図１１にその概略断面図を示すよう
に、Ｓｉ基体１１上に熱酸化によって厚さ２０ｎｍのＳ
ｉＯ2 絶縁膜１４を形成し、これの上に拡散バリア層と
なるＴｉ下地層１５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
れの上にフッ化ビニリデンとトリフルオロエチレン（Ｖ
ＤＦ−ＴｒＦＥ）共重合体薄膜による高分子強誘電体層
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。そして、この
例ではフッ化ビニリデンの含有量を６５％とした。この
実施例においては、図２のＡＦＭ記録装置によった。そ
して、この実施例においては、分極による圧電歪を発生
させ、これを図５のコンタクトＳＭＭ型構成の再生装置
ＩＩによって検出再生した。[Embodiment 8] In this embodiment, as a recording medium 10, as shown in the schematic sectional view of FIG.
An io 2 insulating film 14 was formed, a Ti underlayer 15 serving as a diffusion barrier layer was formed thereon, and a Pt lower electrode layer 12 was formed thereon by sputtering. And on this, vinylidene fluoride and trifluoroethylene (V
A polymer ferroelectric layer 123 made of a DF-TrFE) copolymer thin film was formed to a thickness of 300 nm by vapor deposition or spin coating. This copolymer thin film exhibits ferroelectricity when the content of vinylidene fluoride is 50% or more. Then, in this example, the content of vinylidene fluoride was set to 65%. In this example, the AFM recording device of FIG. 2 was used. Then, in this example, piezoelectric strain due to polarization was generated, and this was detected and reproduced by the reproducing apparatus II of the contact SMM type configuration of FIG.
【０１０４】次に、記録消去再生特性を示す。まず、４
μｍ×４μｍの領域に２０Ｖの電圧を記録媒体に印加し
て自発分極の方向を一方向に揃える。次に、−１５Ｖの
電圧を記録媒体に印加して、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電界に
比例する圧電歪の分布として検出する。実施例２と同様
に、コンタクトＳＭＭによって圧電歪分布を評価した結
果、４μｍ×４μｍの部分のコントラストが周囲に比し
暗くなっており、その周辺と比較して分極が反転してい
ることが分かった。このコントラストが暗い部分の中に
明るい部分があることが分かる。これは−１５Ｖ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
ている。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。Next, the recording / erasing / reproducing characteristics will be shown. First, 4
A voltage of 20 V is applied to the recording medium in a region of μm × 4 μm to align the direction of spontaneous polarization in one direction. Next, a voltage of −15 V is applied to the recording medium to locally reverse the polarization direction. Next, using SMM, the polarization orientation distribution is detected as a piezoelectric strain distribution proportional to the electric field. As in Example 2, as a result of evaluating the piezoelectric strain distribution by the contact SMM, it was found that the contrast of the 4 μm × 4 μm portion was darker than the surroundings, and the polarization was inverted as compared with the surroundings. It was It can be seen that there is a bright portion in this dark portion. This indicates that the direction of polarization is reversed by applying a voltage of -15V. It was shown that the direction of polarization is aligned with the direction of the electric field as a characteristic of ferroelectrics. It was also found that overwriting is possible. The two types of polarization directions can be made to correspond to the storage of digital data. That is, it has been found that high density recording corresponding to digital data “0” and “1” can be performed in a bright portion and a dark portion.
【０１０５】また、種々の実験の結果、最小記録領域
（最小記録ビット）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１
μｓよりも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。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。この実施例では高分
子強誘電体ＶＤＦ−ＴｒＦＥを例として、良好な記録再
生特性を示したが、他の高分子強誘電体材料であっても
本発明の記録媒体に適用することは可能である。As a result of various experiments, it was found that the minimum recording area (minimum recording bit) can be set to 100 nm or less. Switching time for polarization reversal is also 1
It was found to be smaller than μs. It was also found that the region where the polarization was locally inverted was maintained sufficiently stable. From the above, it was found that this embodiment has a sufficient function as a high density recording apparatus. In this embodiment, the polymer ferroelectric VDF-TrFE was used as an example to show good recording and reproducing characteristics, but other polymer ferroelectric materials can be applied to the recording medium of the present invention. is there.
【０１０６】〔実施例９〕実施例１〜８において、記録
再生を行うヘッド部分が記録ヘッドと再生ヘッドとの独
別の構成とした。ＡＦＭ装置で制御された導電性カンチ
レバーを２種類とし、記録ヘッドおよび再生ヘッドに役
割を分離する。記録ヘッドは消去ヘッドも兼ね、記録媒
体に接触させた状態で制御する。一方、再生ヘッドはそ
の先端の曲率半径を小さくして、容量分布の空間分解能
を向上させている。メタルコートした先端の曲率半径は
３０ｎｍ以下が望ましい。また、再生用カンチレバーは
記録媒体に接触した状態で記録および再生それぞれ独立
に制御した。[Embodiment 9] In Embodiments 1 to 8, the head portion for recording / reproducing has a separate structure for the recording head and the reproducing head. There are two types of conductive cantilevers controlled by the AFM device, and the roles of the recording head and the reproducing head are separated. The recording head doubles as an erasing head and is controlled in a state of being in contact with the recording medium. On the other hand, the reproducing head has a small radius of curvature at its tip to improve the spatial resolution of the capacity distribution. The radius of curvature of the metal-coated tip is preferably 30 nm or less. Further, the reproducing cantilever was independently controlled for recording and reproducing while being in contact with the recording medium.
【０１０７】次に、記録および再生用の２種類のカンチ
レバーと各実施例１〜８の記録媒体において情報の記録
再生を行った。その結果、記録再生特性は各実施例１〜
８と同様に確認することができた。また、種々の実験の
結果、再生用のメタルコートカンチレバーの先端の曲率
半径が実施例１〜８よりも小さくすることによって記録
ビット直径を５０ｎｍ以下にすることができた。分極反
転のスイッチング時間は１μｓより小さいことが分かっ
た。また、局所的に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
装置として充分な機能をもっていることが分かった。Next, information was recorded / reproduced on / from the two types of cantilevers for recording and reproduction and the recording media of Examples 1 to 8. As a result, the recording / reproducing characteristics are shown in each of Examples 1 to 1.
It could be confirmed in the same manner as in No. 8. Further, as a result of various experiments, it was possible to reduce the recording bit diameter to 50 nm or less by making the radius of curvature of the tip of the reproducing metal-coated cantilever smaller than that in Examples 1 to 8. It was found that the switching time for polarization reversal is less than 1 μs. It was also found that the locally inverted region is retained sufficiently stably. From the above, it was found that this embodiment has a sufficient function as a high density recording apparatus.
【０１０８】〔実施例１０〕この実施例では実施例１〜
９において記録媒体１０をディスク形状とし回転させな
がら記録再生を行った。ヘッドは実施例９で確認した２
種類の記録および再生用ヘッドを用いた。次に、記録お
よび再生用の２種類のカンチレバーを用いて記録媒体を
実用的な速度で回転させて、情報の記録再生を行った。
その結果、記録媒体を回転させた状態での記録再生特性
は上述の各実施例と同様に確認することができた。ま
た、種々の実験の結果、記録ビット直径を１００ｎｍ以
下にすることができた。分極反転のスイッチング時間は
１μｓよりも小さくできた。また、局所的に反転した領
域は充分安定に保持されることが分かった。[Embodiment 10] In this embodiment, Embodiments 1 to
In No. 9, recording / reproduction was performed while the recording medium 10 was formed into a disk shape and rotated. The head was confirmed in Example 9 2
Different types of recording and reproducing heads were used. Next, the recording medium was rotated at a practical speed by using two types of cantilevers for recording and reproduction, and information was recorded and reproduced.
As a result, the recording / reproducing characteristics when the recording medium was rotated could be confirmed in the same manner as in the above-mentioned examples. As a result of various experiments, the recording bit diameter could be 100 nm or less. The switching time for polarization inversion could be made shorter than 1 μs. It was also found that the locally inverted region is retained sufficiently stably.
【０１０９】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。From the above, it was found that this embodiment has a sufficient function as a high density recording apparatus.
【０１１０】以上、種々の実施例によって、本発明の有
効性を示したが、上述した各実施例の記録媒体の最上部
に保護層を付加した場合、全ての実施例において、記録
装置および記録媒体の信頼性が向上した。The effectiveness of the present invention has been shown by various embodiments as described above. However, in the case where a protective layer is added to the uppermost part of the recording medium of each of the above-mentioned embodiments, the recording apparatus and the recording are performed in all the embodiments. The reliability of the medium is improved.
【０１１１】以上の説明からも明らかなように、本発明
の高密度記録装置は、記録密度の向上、高速なスイッチ
ング記録再生速度を有するため、従来と比較して１桁以
上大きな記録密度を実現できる効果を有する。As is clear from the above description, the high-density recording device of the present invention has an improved recording density and a high-speed switching recording / reproducing speed. Has the effect that can.
【０１１２】尚、本発明装置における記録装置および／
または再生装置において、その記録ヘッドＨＲおよび／
または再生ヘッドＨＰすなわち、各カンチレバーは、各
１個とする場合に限られるものではなく、２個以上配置
していわゆるマルチチャンネルのヘッド構成とすること
もできる。The recording device and / or the device of the present invention
Alternatively, in the reproducing device, the recording head HR and / or
Alternatively, the number of the reproducing heads HP, that is, each cantilever is not limited to one, but two or more cantilevers may be arranged to form a so-called multi-channel head configuration.
【０１１３】[0113]
【発明の効果】以上の説明から、本発明の高密度記録装
置および記録媒体では、非常に優れた記録密度、電界に
よる分極反転のスイッチング速度に起因する高速な記録
・消去速度を有するため、従来技術と比較して非常に優
れた高密度記録装置および記録媒体を実現できる効果を
有する。したがって、高速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である効果
を有する。From the above description, the high-density recording apparatus and recording medium of the present invention have a very high recording density and a high recording / erasing speed due to the switching speed of polarization reversal by an electric field. This has the effect of realizing a very high-density recording device and recording medium that are extremely superior to the technology. Therefore, it has an effect that it is effective for storage of image information that requires large-capacity and high-speed access required for high-speed information society, recording of images such as high-definition broadcasting, and recording of large-capacity data in computers. .
【図１】Ａは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。Ｂは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。FIG. 1A is a schematic sectional view showing a basic configuration of a recording medium in an apparatus of the present invention. 3B is a schematic cross-sectional view showing another basic configuration of the recording medium in the device of the present invention.
【図２】本発明の装置の情報記録装置の一例を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing an example of an information recording device of the device of the present invention.
【図３】本発明の説明に供する分極および誘電率の電界
依存性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the electric field dependence of polarization and dielectric constant used for explaining the present invention.
【図４】本発明の装置の情報記録の再生装置の一例を示
す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an information recording / reproducing apparatus of the apparatus of the present invention.
【図５】本発明の装置の情報記録の再生装置の他の一例
を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another example of the information recording / reproducing apparatus of the apparatus of the present invention.
【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。FIG. 6 is a schematic sectional view of an example of a recording medium in the device of the present invention.
【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。FIG. 7 is a schematic sectional view of an example of a recording medium in the device of the present invention.
【図８】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。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of an example of a recording medium in the device of the present invention.
【図９】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。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an example of a recording medium in the device of the present invention.
【図１０】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。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an example of a recording medium in the device of the present invention.
【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。FIG. 11 is a schematic sectional view of an example of a recording medium in the device of the present invention.
【図１２】従来の記録媒体の概略断面図である。FIG. 12 is a schematic sectional view of a conventional recording medium.
１０ 記録媒体、１１ 基体、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Reference Signs List 10 recording medium, 11 base, 12 lower electrode, 13
Active layer, 14 insulating layers, 21 needle electrodes, 22 cantilevers
Claims (12)
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２０Ｖ以下の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接触した状態で、上記微細
領域に記録された分極反転による記録情報を、上記微細
領域における電荷または静電容量の変化量あるいは圧電
歪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。1. A recording / reproducing apparatus for recording or reproducing information by a head composed of needle-shaped electrodes, wherein information is recorded by reversing polarization of a predetermined area of a recording medium by applying a voltage of 20 V or less from the head. When the head is in contact with the recording medium, the recorded information by polarization reversal recorded in the fine area is erased, and the amount of change in charge or capacitance or the amount of change in piezoelectric strain in the fine area is detected. A recording / reproducing apparatus characterized in that the recording / reproducing apparatus is characterized in that the information is reproduced.
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。2. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the head is at least a common head for recording and reproducing.
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。3. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the head is at least two kinds of heads for recording and reproducing.
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。4. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the unit recording area of the recording medium has a diameter of 100 nm or less.
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。5. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the recording / reproducing time of the unit recording area is 1 μs or less.
を、上記分極反転している記録媒体の電荷または静電容
量あるいは圧電歪の変化量が極大になるバイアス電圧を
上記記録媒体に印加して行うことを特徴とする記録再生
装置。6. The reproduction of the recorded information according to claim 1, wherein a bias voltage that maximizes the amount of change in charge or capacitance or piezoelectric strain of the polarization-inverted recording medium is applied to the recording medium. A recording / reproducing device characterized by being carried out.
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。7. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the recording or reproducing is performed by rotating the recording medium.
誘電体層を有することを特徴とする記録再生装置。8. The recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the recording medium has a ferroelectric layer.
ランタンドープの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。9. The ferroelectric layer according to claim 8, wherein:
A recording / reproducing apparatus comprising a lanthanum-doped lead zirconate titanate.
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。10. The recording / reproducing apparatus according to claim 8, wherein the ferroelectric layer is made of a bismuth layered compound.
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。11. The recording / reproducing apparatus according to claim 8, wherein the ferroelectric layer is made of a polymer ferroelectric material.
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。12. The recording medium according to claim 1,
A recording / reproducing apparatus having a protective layer as an uppermost layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8068546A JPH09153235A (en) | 1995-09-29 | 1996-03-25 | Recording and reproducing device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25382395 | 1995-09-29 | ||
| JP7-253823 | 1995-09-29 | ||
| JP8068546A JPH09153235A (en) | 1995-09-29 | 1996-03-25 | Recording and reproducing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09153235A true JPH09153235A (en) | 1997-06-10 |
Family
ID=26409762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8068546A Pending JPH09153235A (en) | 1995-09-29 | 1996-03-25 | Recording and reproducing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09153235A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002323431A (en) * | 2001-02-26 | 2002-11-08 | Seiko Instruments Inc | Scanning nonlinear permittivity microscope for measuring higher order nonlinear permittivity |
| US7227830B2 (en) | 2002-09-11 | 2007-06-05 | Yasuo Cho | Dielectric recording apparatus, dielectric reproducing apparatus, and dielectric recording / reproducing apparatus |
| US7590040B2 (en) | 2003-08-25 | 2009-09-15 | Yasuo Cho | Signal detecting method and apparatus and information reproducing apparatus and method |
-
1996
- 1996-03-25 JP JP8068546A patent/JPH09153235A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002323431A (en) * | 2001-02-26 | 2002-11-08 | Seiko Instruments Inc | Scanning nonlinear permittivity microscope for measuring higher order nonlinear permittivity |
| JP4693270B2 (en) * | 2001-02-26 | 2011-06-01 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | Scanning nonlinear dielectric microscope for measuring higher-order nonlinear dielectric constant |
| US7227830B2 (en) | 2002-09-11 | 2007-06-05 | Yasuo Cho | Dielectric recording apparatus, dielectric reproducing apparatus, and dielectric recording / reproducing apparatus |
| US7590040B2 (en) | 2003-08-25 | 2009-09-15 | Yasuo Cho | Signal detecting method and apparatus and information reproducing apparatus and method |
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| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061019 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061205 |