CN1784729A - 记录/重放头和记录/重放装置 - Google Patents

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Abstract

一种相变记录/重放头(1)，包括：探针(11)，其由记录/重放电极(11a)、布置在记录/重放电极(11a)的顶部上的绝缘层(13)和布置在绝缘层(13)上的电阻器(14)组成；以及返回电极(12)，其布置在探针(11)的周围。在记录时，将与记录数据相对应的电压施加到电阻器(14)，以便将相变记录介质从晶态变成非晶态。在重放时，对根据与晶态和非晶态的介电常数相对应的电容进行振荡的振荡器的FM调制频率进行解调，以由此以高SN比来重放数据。

Description

记录/重放头和记录/重放装置
技术领域
本发明涉及记录/重放头，用于将数据记录在使用相变材料的相变记录介质中，或者对记录在相变记录介质中的数据进行重放，以及涉及记录装置、重放装置和记录/重放装置。
背景技术
作为随机访问型高密度和大容量记录/重放装置，目前已知光盘装置和HDD(硬盘驱动)装置。此外，本发明的发明人最近已经提出了使用用于电介质记录介质的纳米级分析的SNDM(扫描式非线性电介质显微镜)的记录/重放技术。
光学记录使用了具有激光器作为光源的光学拾取器。通过在盘片上形成的有机硬模(die)或相变材料的一层或多层中形成凹坑来记录数据。通过使用取决于出现或不出现凹坑的一层或多层的反射系数的差异来重放数据。可选情况下，存在通过使用磁光效应来记录和重放数据的技术。不过，光学拾取器大于HDD的磁头。因此，光学拾取器不适于高速读取。另外，凹坑的尺寸受到光线的衍射极限的限制，因此记录密度限于为50G比特/英寸2。
此外，在由HDD表示的磁记录的纵向记录上，最近已经实现了使用GMR(巨磁阻)的MR头。进而，通过使用垂直磁记录，记录密度预期大于光盘的记录密度。不过，由于磁记录信息的热波动和其中代码被反转的部分中Bloch墙的存在，因此即使使用构图的介质来克服这些现象，记录密度也只能限于1T比特/英寸2。
SNDM可以通过测量铁电记录介质的非线性介电常数来测量铁电畴的正负方向。在SNDM中，通过使用用于AFM(原子力显微镜方法)等的在其顶端上具有小探针的导电悬臂(或探针)，可以将与测量相关的分辨率提高到亚纳米。
发明内容
在应用了目前还在发展的SNDM技术的记录/重放装置中，通过将强于强制电场的电场从探针施加到铁电记录介质来记录数据，以由此在介电质记录介质中形成具有预定极化方向的极化畴。另一方面，通过根据振荡信号的振荡频率的变化检测极化状态，来重放数据，所述振荡信号在由电感器和探针下的电介质记录介质的电容形成的谐振频率处振荡。
在使用作为记录介质的这种铁电材料的记录/重放中，目的是要提高重放信号的SN比，并且最终改善错误率或提高记录/重放速度；不过，要实现这些目的并不容易。
另一方面，已知使用相变材料的记录介质一般具有高的记录分辨率。不过，如上所述，在使用相变记录介质的现有记录/重放装置中，由于激光的衍射极限使得记录密度受到限制，因此要提高记录密度存在限制。
为了解决上述问题，因此本发明的目的是提供一种记录/重放头，用于通过使用探针存储方法将数据记录在相变记录介质中，或者通过使用SNDM方法对记录在相变记录介质中的数据进行重放，这可以增加记录密度并且可以实现高质量的数据记录/重放，以及提供应用了记录/重放头的记录装置、重放装置和记录/重放装置。
下面来讲述本发明。
本发明的上述目的是通过用于将数据记录在相变记录介质中或者用于对记录在相变记录介质中的数据进行重放的第一记录/重放头来实现的，记录/重放头具有：探针，它具有(i)用于检测数据的重放电极，其由导电部件构成并且具有预定半径的基本为球形的凸出的顶端，(ii)绝缘层，其覆盖重放电极的顶端，以及(iii)电阻部件，其位于绝缘层上并且在记录数据时产生热量；以及返回电极，其位于探针周围，用于返回施加到探针上的电场的高频分量。
本发明的第一记录/重放头具有探针，其紧靠或邻近相变材料，用于记录或重放数据。探针在其中心部分具有：重放电极，其具有基本为球形的顶端；绝缘层，其覆盖重放电极的顶端；以及电阻部件，其位于与重放电极绝缘的绝缘层上。在以这样方式构建的探针周围，具有返回电极，用于返回施加到探针上的电场的高频分量。此外，为了将电压施加到电阻部件，引线可以位于电阻部件的直径的两个端部中。
在数据记录时，通过将与数据相对应的脉冲电压施加到探针的电阻部件上，并且通过由电阻部件产生的热量将相变材料从晶态变成非晶态，来执行记录。此外，通过改变用于介质的热条件可以从非晶态返回到晶态。通过这种方法，可以删掉记录数据。另一方面，在数据重放时，通过将电场施加到相变记录介质上，并且通过测量或识别相变材料的晶态和非晶态的介电常数的差异，来执行重放。返回电极是用于返回到高频电场的电极，该电场随着与晶态或非晶态的介电常数相对应的电容进行振荡。
本发明的上述目的也可以通过用于将数据记录在相变记录介质中或者用于对记录在相变记录介质中的数据进行重放的第二记录/重放头来实现，该记录/重放头具有：探针，其具有由绝缘部件构成并且具有预定半径的基本为球形的凸出的顶端的支撑部件、以及位于支撑部件的顶端上并且在记录数据时产生热量的电阻部件；以及返回电极，其位于探针周围，用于返回施加到探针上的电场的高频分量。
本发明的第二记录/重放头具有探针，其紧靠或邻近相变材料，用于记录或重放数据。探针在其中心部分具有：支撑部件，其由绝缘部件构成并且具有基本为球形的凸出的顶端；绝缘层，其覆盖重放电极的顶端；以及电阻部件，其覆盖支撑部件的顶端。在以这样方式构建的探针周围，具有返回电极，用于返回施加到探针上的电场的高频分量。
在数据记录时，通过将与数据相对应的脉冲电压施加到探针的电阻部件上，并且通过由电阻部件产生的热量将相变材料从晶态变成非晶态，来执行记录。优选情况下，从电阻部件的直径的两个端部施加电压。另一方面，在数据重放时，电阻部件与用于加热的电路分开，并且将电阻部件集成到被构建为使电场施加到相变记录介质的电路中，以由此将电场施加到相变记录介质上。通过测量和识别相变材料的晶态和非晶态的介电常数的差异，来执行重放。返回电极是用于返回高频电场的电极，该电场随着与晶态或非晶态的介电常数相对应的电容进行振荡。
在本发明的第一或第二记录/重放头的一个方面中，由电阻部件产生的热量可以将相变记录介质的相变材料从晶态变成非晶态。
根据这一方面，根据被记录的数据，通过根据数据在电阻部件上产生热量，可以改变最初被设定成晶态的相变材料的状态，即从晶态变成非晶态。此时，可以将数据记录在相变材料中。
在本发明的第一或第二记录/重放头的另一方面中，记录/重放头可以为根据非线性电介质显微镜方法来记录或重放相变记录介质中的数据的头。
根据这一方面，能够以高密度将数据记录在相变记录介质的相变材料中，并且能够以高SN比来对其进行重放。
顺便提一下，非线性电介质显微镜方法在由本发明人之一的长康雄所著的“Oyo Butsuri(Applied Physics)”，应用物理学日本学会，vol.67，No.3，p 327-331(1998)中有详细介绍。
本发明的上述目的也可以通过用于将数据记录在相变记录介质的相变材料中的记录装置来实现，该记录装置具有：上述第一或第二记录/重放头；加热设备，用于通过将电流施加到记录/重放头的电阻部件，来根据数据产生热量；以及记录信号生成设备，用于生成与数据相对应并且被输入到加热设备的记录信号。
根据本发明的记录装置，将与被记录的数据相对应的电压施加到上述第一或第二记录/重放头的电阻部件，并且通过此时产生的热量，根据数据将相变记录介质的相变材料从晶态变成非晶态。此时，数据被记录。
本发明的上述目的也可以通过用于重放被记录在相变记录介质的相变材料中的数据的第一重放装置来实现，该重放装置具有：上述第一记录/重放头；电场施加设备，用于将电场施加到相变记录介质；振荡设备，其中振荡频率随相变记录介质的晶态或非晶态的介电常数的差异变化；解调设备，用于解调由振荡设备产生的振荡信号；以及数据重放设备，用于根据由解调设备解调的信号来重放数据。
在本发明的第一重放装置上，将电场施加到相变记录介质。例如，通过将交流电(AC)施加到相变记录介质上可以产生交流电场，或者通过将直流电(DC)偏置电压施加到相变记录介质上可以产生电场。在振荡设备的振荡信号中，其振荡频率随相变材料的晶态或非晶态的介电常数的差异变化。数据是根据振荡信号的振荡频率来重放的。振荡信号的振荡频率取决于谐振频率，谐振频率取决于探针下的电容，而电容又取决于相变材料的晶态或非晶态的介电常数的差异和外部电感器的电感。也就是说，电容是随晶态或非晶态的介电常数的差异变化，并且通过该电容变化，对振荡频率进行FM调制。对该FM调制信号进行解调，并且数据是根据解调信号来重放的。
本发明的上述目的还可以通过用于重放被记录在相变记录介质的相变材料中的数据的第二重放装置来实现，该重放装置具有：上述第二记录/重放头；电场施加设备，用于将电场施加到相变记录介质；振荡设备，其中振荡频率随相变记录介质的晶态或非晶态的介电常数的差异变化；解调设备，用于解调由振荡设备产生的振荡信号；以及数据重放设备，用于根据由解调设备解调的信号来重放数据。
在本发明的第二重放装置上，将电场施加到相变记录介质。例如，通过将AC信号施加到相变记录介质上可以产生交流电场，或者通过将DC偏置电压施加到相变记录介质上可以产生电场。在振荡设备的振荡信号中，其振荡频率随相变材料的晶态或非晶态的介电常数的差异变化。数据是根据振荡信号的振荡频率来重放的。振荡信号的振荡频率取决于谐振频率，谐振频率取决于探针下的电容，而电容又取决于相变材料的晶态或非晶态的介电常数的差异和外部电感器的电感。也就是说，电容随晶态或非晶态的介电常数的差异变化，并且通过该电容变化，对振荡频率进行FM调制。对该FM调制信号进行解调，并且数据是根据解调信号来重放的。顺便提一下，使用上述第二记录/重放头的电阻部件来作为数据记录时的加热设备和用于检测本发明中的数据的设备，因此电阻部件被连接到振荡器侧。
在本发明的第一或第二装置的一个方面中，数据重放设备可以通过同步检测来重放数据。
根据这一方面，如果通过电场施加设备将AC信号施加到相变记录介质，以在相变记录材料中产生交流电场，则对根据与相变材料的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容进行FM调制的振荡信号进行FM解调，并且通过同步检测根据解调信号来对数据进行重放。在同步检测中，使用通过电场施加设备被施加到相变记录介质的AC信号来作为参考信号。
在本发明的第一或第二重放装置的另一方面中，数据重放设备可以通过相位检测来重放数据。
根据这一方面，如果通过电场施加设备将AC信号施加到相变记录介质，以在相变记录材料中产生交流电场，则对根据与相变材料的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容进行FM调制的振荡信号进行FM解调，并且通过用于比较解调信号的相位和AC信号的相位的相位检测来重放数据，其中AC信号通过电场施加设备被施加到相变记录介质。
本发明的上述目的还可以通过第一记录/重放装置来实现，它使用上述第一记录/重放头，用于记录或重放相变记录介质的相变材料中的数据，该记录/重放装置：(i)作为记录装置，具有：加热设备，用于通过将电流施加到探针的电阻部件来根据数据产生热量；以及记录信号生成设备，用于产生与数据相对应并且被输入到加热设备的记录信号，并且(ii)作为重放装置，具有电场施加设备，用于将电场施加到相变记录介质；振荡设备，其中振荡频率随相变记录介质的晶态或非晶态的介电常数的差异变化；解调设备，用于解调由振荡设备产生的振荡信号；以及数据重放设备，用于根据由解调设备解调的信号来重放数据。
根据本发明的第一记录/重放装置，通过使用上述第一记录/重放头，可以将数据记录在相变记录介质的相变材料中并且对其进行重放。在记录时，将与被记录的数据相对应的电压施加到记录/重放头的电阻部件，并且通过此时产生的热量，根据数据将相变记录介质的相变材料从晶态变成非晶态。数据就是这样记录的。
另一方面，在重放时，将电场施加到相变记录介质。例如，通过将AC信号施加到相变记录介质上可以产生交流电场，或者通过将DC偏置电压施加到相变记录介质上可以产生电场。在振荡设备的振荡信号中，其振荡频率随相变材料的晶态或非晶态的介电常数的差异变化。因此，数据是根据振荡信号的振荡频率来重放的。振荡信号的振荡频率取决于谐振频率，谐振频率取决于探针下的电容，而电容又取决于相变材料的晶态或非晶态的介电常数的差异和外部电感器的电感。也就是说，电容随晶态或非晶态的介电常数的差异变化，并且通过该电容变化，对振荡频率进行FM调制。对该FM调制信号进行解调，并且数据是根据解调信号来重放的。
顺便提一下，在本发明中使用的第一记录/重放头中，电阻部件和重放电极是独立提供的，以便可以同时执行记录/重放操作。因此，可以通过重放正在被记录的数据来监控数据的记录状态。
本发明的上述目的还可以通过第二记录/重放装置来实现，它使用上述第二记录/重放头，用于记录或重放相变记录介质的相变材料中的数据，该记录/重放装置：(i)作为记录装置，具有：加热设备，用于通过将电流施加到探针的电阻部件来根据数据产生热量；以及记录信号生成设备，用于产生与数据相对应并且被输入到加热设备的记录信号，并且(ii)作为重放装置，具有：电场施加设备，用于将电场施加到相变记录介质；振荡设备，其中振荡频率随相变记录介质的晶态或非晶态的介电常数的差异变化；解调设备，用于解调由振荡设备产生的振荡信号；以及数据重放设备，用于根据由解调设备解调的信号来重放数据。
根据本发明的第二记录/重放装置，通过使用上述第二记录/重放头，可以将数据记录在相变记录介质的相变材料中并且对其进行重放。在记录时，将与被记录的数据相对应的电压施加到记录/重放头的电阻部件，并且通过此时产生的热量，根据数据将相变记录介质的相变材料从晶态变成非晶态。此时，数据被记录。
另一方面，在重放时，将电场施加到相变记录介质。例如，通过将AC信号施加到相变记录介质上可以产生交流电场，或者通过将DC偏置电压施加到相变记录介质上可以产生电场。在振荡设备的振荡信号中，其振荡频率随相变材料的晶态或非晶态的介电常数的差异变化。因此，数据是根据振荡信号的振荡频率来重放的。振荡信号的振荡频率取决于谐振频率，谐振频率取决于探针下的电容，而电容又取决于相变材料的晶态或非晶态的介电常数的差异和外部电感器的电感。也就是说，电容随晶态或非晶态的介电常数的差异变化，并且通过该电容变化，对振荡频率进行FM调制。对该FM调制信号进行解调，并且数据是根据解调信号来重放的。
顺便提一下，在本发明中使用的第二记录/重放头中，在记录时使用电阻部件来作为加热设备，并且在重放时使用它作为检测数据的设备。因此，在记录时将来自记录信号生成设备的记录信号施加到电阻部件，而在重放时将来自电场施加设备的电场施加到相变记录介质。通过变化设备的改变来执行用于在记录时施加记录信号的电路和用于在重放时施加电场的电路之间的改变。
在本发明的第一或第二记录/重放装置的一个方面中，数据重放设备可以通过同步检测来重放数据。
根据这一方面，如果通过电场施加设备将AC信号施加到相变记录介质，以在相变记录材料中产生交流电场，则对根据与相变材料的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容进行FM调制的振荡信号进行FM解调，并且通过同步检测根据解调信号来对数据进行重放。在同步检测中，使用通过电场施加设备被施加到相变记录介质的AC信号来作为参考信号。
在本发明的第二记录/重放头的另一方面中，数据重放设备可以通过相位检测来重放数据。
根据这一方面，如果通过电场施加设备将AC信号施加到相变记录介质，以在相变记录材料中产生交流电场，则对根据与相变材料的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容进行FM调制的振荡信号进行FM解调，并且通过用于对解调信号的相位和通过电场施加设备被施加到相变记录介质的AC信号的相位进行比较的相位检测来重放数据。
顺便提一下，在以上讲述的记录/重放头、记录装置、重放装置和记录/重放装置中，作为用于施加电场的探针，可以使用钉形或针形、悬臂形等。在需要时，将具有这种形状的电极统称为“探针”。
此外，作为相变材料，使用共晶材料的诸如GeInSbTe系统等的相变材料。也可以使用其它相变材料。
如上所述，根据本发明的记录/重放头、记录装置、重放装置或记录/重放装置，通过使用极小的探针来加热相变材料的范围或面积，以由此改变相变材料的晶态和非晶态并且记录数据。因此，可以大大提高数据的记录密度。因此，可以克服现有光盘系统中已知的记录密度的障碍，并且可以实现数据的超高密度记录。
进而，探针的加热部分极小，并且其热容也很小，从而可以确保实际足够的记录响应速度。
另外，根据本发明的记录/重放头、记录装置、重放装置或记录/重放装置，重点集中在以下事实：相变材料的线性介电常数或非线性介电常数随相变材料的晶态和非晶态的差异变化，并且其构造为检测介电常数的差异，以重放数据。因此，能够以超高密度、清晰地和高质量地来重放记录的数据。特别地，可以应用SNDM技术，从而与使用铁电物质作为记录介质的记录/重放技术的性能相比，可以实现相同或更好的记录/重放性能。
从以下实施例和例子，本发明的这些效果和其它特征将更加清楚。
附图说明
图1为示意图，示出了与本发明相关的记录/重放头的第一实施例。
图2为示意图，示出了与本发明相关的记录/重放头的第二实施例。
图3为示意图，用于解释关于相变材料的信息记录/重放。
图4为示意图，示出了与本发明相关的记录装置的实施例的结构。
图5为示意图，示出了与本发明相关的重放装置的实施例的结构。
图6为示意图，示出了与本发明相关的记录/重放装置的第一实施例的结构。
图7为示意图，示出了与本发明相关的记录/重放装置的第二实施例的结构。
具体实施方式
(记录/重放头的第一实施例)
下面参考图1(a)和图1(b)来讲述本发明的记录/重放头的第一实施例。图1(a)为第一实施例的平面图，图1(b)为图1(a)的A1-A1截面图。
如图1所示，记录/重放头1具有：探针11，其由记录/重放电极11a、位于记录/重放电极11a的顶端上的绝缘层13和位于绝缘层13上的电阻部件14组成；以及返回电极12，位于探针11的周围。
探针11具有：(i)记录/重放电极11a，其由导电部件构成，并且其顶端即面向相变材料16的部分基本上为球形并且具有预定半径；(ii)绝缘层13，其位于记录/重放电极11a的顶端上并且由绝缘部件构成；以及(iii)电阻部件14，位于绝缘层13上并且具有预定的特定电阻。记录/重放电极11a为非线性电介质显微镜方法中的电极。面向相变记录介质20的相变材料16的探针11的顶端半径极小，在10nm的量级。此外，作为探针11，存在针形、悬臂形等的探针。另一方面，在整个记录表面上将相变材料16的初始状态设定为晶体。作为相变材料16，使用共晶材料的诸如GeInSbTe系统的相变材料。
返回电极12为用于返回从探针11施加到相变记录介质20的高频电场的电极，并且位于探针11周围。顺便提一下，如果高频电场没有阻抗地返回到返回电极12，则可以任意设定其形状和位置。
通过记录/重放头1执行的记录是通过如下方法来执行的，即：将与记录数据相对应的电压施加到探针11的电阻部件14，并且通过产生的热量将相变材料16的表面从晶态变成非晶态。
另一方面，通过记录/重放头1执行的重放是通过如下方法来执行的，即：将交流电(AC)信号施加到相变记录介质20的相变材料16，并且检测取决于相变材料16的晶态或非晶态的电容Cs。也就是说，在相变材料16的晶态和非晶态之间存在非线性介电常数的差异，并且电容Cs根据非线性介电常数的差异变化。数据是通过检测电容Cs的变化来重放的。根据本发明应用的非线性电介质显微镜(SNDM)方法，能够以高SN比来检测晶态和非晶态之间的非线性介电常数的差异。
顺便提一下，作为用于将与记录数据相对应的电压施加到电阻部件14的设备，例如，提供有加热器38。作为用于产生被施加的AC信号的设备，提供有AC信号生成器32。此外，为了检测电容Cs，提供有在谐振频率处振荡的振荡器31，其谐振频率取决于电感器19的电感L和电容Cs。通过与相变材料16的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs的变化，来对振荡器31的振荡频率进行FM调制。通过对振荡信号进行FM解调，晶态和非晶态的差异也就是记录数据被检测。
此外，电压被施加到电阻部件14的点(部分)被设定为探针11的顶端实际产生热量的点(部分)。例如，优选点(部分)为靠近顶端的电阻部件14的直径的两端。另一方面，如上所述，记录/重放头1具有用于记录的电阻部件14和用于重放的记录/重放电极11a，从而可以同时执行记录和重放。顺便提一下，如图1所示，相变记录介质20的相变材料16位于衬底15上，并且绝缘薄膜17形成于相变材料16的表面上。
根据具有该结构的记录/重放头1，SNDM技术被用于将数据记录到相变材料16中或者重放被记录在相变材料中的数据。因此，可以大大提高记录密度和实现高质量的数据记录和重放。也就是说，原来的SNDM是用于电气地检测铁电材料的极化状态的设备。不过，在本实施例中，重点集中于以下事实：相变材料的线性介电常数或非线性介电常数随相变材料的晶态和非晶态的差异变化，并且采用了新的重放原理，即通过SNDM来检测相变材料的介电常数的差异。此时，凭借相变材料的晶态和非晶态的差异，可以清楚地测量记录在相变记录介质中的数据，以由此以高质量来重放数据。
此外，在本实施例中，使用等于或小于用于AFM的悬臂的探针的小探针来加热相变材料，以便可以只加热相变材料的极小面积(范围)。此时，可以实现在现有光盘系统中不能实现的超高密度记录。
进而，本实施例中的探针的加热部分极小，并且其热容也较小，从而记录响应速度高并且可以确保实际足够的记录响应速度。
(记录/重放头的第二实施例)
下面参考图2来讲述本发明的记录/重放头的第二实施例。图2(a)为第二实施例的平面图，图2(b)为图2(a)的A2-A2截面图。
如图2所示，记录/重放头2具有：探针11，其由支撑部件11b和位于支撑部件11b的顶端上的电阻部件14组成；以及返回电极12，其位于探针11的周围。
探针11具有：支撑部件11b，其顶端即面向相变材料16的部分基本上为球形并且具有预定半径；以及电阻部件14，其位于支撑部件11b上并且具有预定的特定电阻。面向相变记录介质20的相变材料16的探针11的顶端半径极小，在10nm的量级。作为探针11，存在针形、悬臂形等的探针。
返回电极12为用于返回从探针11施加到相变记录介质20的高频电场的电极，并且位于探针11周围。顺便提一下，如果高频电场返回到没有电阻的返回电极12，则可以任意设定其形状和位置。
通过记录/重放头2执行的记录是通过如下方法来执行的，即：将与记录数据相对应的电压施加到探针11的电阻部件14，并且通过产生的热量将相变材料16的表面从晶态变成非晶态。顺便提一下，在整个记录表面上将相变材料16设定为晶体，来作为其初始状态。
另一方面，通过记录/重放头2执行的重放是通过如下方法来执行的，即：将AC信号施加到相变记录介质20的相变材料16，并且检测取决于相变材料16的晶态或非晶态的电容Cs。也就是说，在相变材料16的晶态和非晶态之间存在非线性介电常数的巨大差异，并且电容Cs根据非线性介电常数的差异变化。数据是根据电容Cs的变化来重放的。
顺便提一下，作为用于将与记录数据相对应的电压施加到电阻部件14的设备，例如，提供有加热器38。作为用于产生被施加的AC信号的设备，提供有AC信号生成器32。此外，为了检测电容Cs，提供有在谐振频率处振荡的振荡器31，其谐振频率取决于电感器19的电感L和电容Cs。通过与相变材料16的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs的变化来对振荡器31的振荡频率进行FM调制。通过对振荡信号进行FM解调，晶态和非晶态的差异也就是记录数据被检测。顺便提一下，由电阻部件14产生的电阻分量被附加到振荡电路上，以由此减小振荡信号的电平。
如上所述，使用记录/重放头2的电阻部件14来作为用于记录的加热器电极和用于重放的电极。因此，有必要改变在记录和重放时被施加到电阻部件14的信号。改变是在SW1和SW2上执行的。也就是说，如下执行电路的切换。在记录时SW1和SW2被设定到加热器38侧，而在重放时SW1被设定到振荡器侧并且SW2被断开。
接下来参考图3来讲述数据的记录/重放。
首先，来讲述记录。假设相变记录介质20的相变材料16开始都为晶体。在这种状态中，探针11位于被记录的位置，并且将电压施加到电阻部件14。电阻部件14通过施加的电压产生热量，以由此将处于该位置上的相变材料16从晶态变成非晶态。通过根据数据来改变被施加到电阻部件14的电压，可以根据数据来改变电阻部件14的热量。然后，当相对于相变记录介质20相对地移动和扫描记录/重放头2时，执行与数据相对应的加热操作。结果，相变材料16的晶态或非晶态根据数据来变化，并且根据数据在相变材料16中形成晶态和非晶态的排列。以这种方式，实现了将数据记录到相变材料中。记录操作是通过使用顶端半径为10nm量级的探针11来执行的，从而可以大大提高数据的记录密度。
接下来，关于重放，将AC信号施加到相变记录介质20的相变材料16。在记录/重放电极11a和返回电极12之间提供具有电感L的电感器19。电感器19和与探针11下的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs构成了谐振电路。确定电感器19的电感L，以便谐振频率 f = 1 / 2 π LCs 为例如约1GHz。
基于谐振频率的振荡信号是通过与晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs进行FM调制的。通过对FM调制信号进行FM解调，识别晶态和非晶态的差别，因此数据被重放。使用SNDM允许以高SN比对晶态和非晶态的差别进行识别，这可实现高质量的数据重放。
(记录装置的实施例)
下面参照图4来讲述与本发明相关的记录装置的实施例。如图4所示，记录装置3具有记录/重放头1，记录/重放头1具有：探针11，其由记录/重放电极11a、位于记录/重放电极11a的顶端上的绝缘层13和位于绝缘层13上的电阻部件14组成；以及返回电极12，其位于探针11的周围。记录装置3还具有用于将电压施加到电阻部件l4的加热器32和用于产生被记录数据的记录信号生成器39。与数据相对应的由记录信号生成器39生成的信号被输入到加热器32。
首先，在整个记录表面上将相变材料16设定为晶体，作为其初始状态。关于处于该状态中的相变记录介质20，加热器32根据来自记录信号生成器39的信号对电阻部件14进行加热，并且通过由电阻部件14辐射的热量将相变记录介质20的相变材料16的状态变成非晶态。当接触或以较小的间隔面向相变记录介质20时，移动并且扫描探针11。在相变材料16中，在晶体表面中通过由电阻部件14辐射的热量将非晶区形成为数据。
记录信号生成器39生成被记录数据。该数据能够以预定记录格式进行转换，或者该数据可以包括其中执行了与伴随控制信息和误差校正相关的处理、数据压缩的处理等的数据。
顺便提一下，记录/重放头2可以替代记录/重放头1来使用。在这种情况下，SW1和SW2被连接到加热器38侧，并且将与被记录的数据相对应的电压施加到电阻部件14以加热。
(重放装置的实施例)
下面参照图5来讲述与本发明相关的电介质重放装置的实施例。
如图5所示，重放装置4具有记录/重放头1，记录/重放头1具有：探针11，其由记录/重放电极11a、位于记录/重放电极11a的顶端上的绝缘层13和位于绝缘层13上的电阻部件14组成；以及返回电极12，其位于探针11的周围。此外，重放装置4还具有：电感器19，其位于探针11的记录/重放电极11a和返回电极12之间；振荡器31，其在谐振频率处振荡，该谐振频率取决于电感器19的电感L和与探针11下的相变材料16的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs；AC信号生成器32，用于生成被施加到相变材料16的AC信号；频率调制(FM)解调器33，用于解调通过与晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs进行调制的振荡信号；信号检测器34，用于根据解调信号来重放数据；以及其它。
探针11接触或者以较小的间隔面向相变记录介质20的相变材料16。与探针11的顶端半径相对应，晶体或非晶区形成于相变记录介质20中。晶体或非晶区与数据相对应。在重放时，与位于探针11的顶端的相变材料16的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs参与由电感器19组成的谐振电路，从而振荡频率取决于电容Cs。通过对根据该电容Cs进行FM调制的振荡信号进行解调，输出如图3所示的检测电压，并且重放记录的数据。
AC信号生成器32生成被施加到相变记录介质20的相变材料16的AC信号。顺便提一下，当数据根据FM解调信号进行重放时，AC信号也用作参考信号。
电感器19位于记录/重放电极11a和返回电极12之间，并且可以由例如微带状线形成。电感器19的电感L和电容Cs构成谐振电路。确定电感器19的电感L，以便谐振频率 f = 1 / 2 π LCs 为例如约1GHz。
对于相变记录介质20，使用作为共晶材料的诸如GeInSbTe系统等的相变材料。此外，对于相变记录介质20的形状，有例如圆盘形、卡形等。探针11的相对位移是通过介质的旋转或者探针11或介质的线性位移来执行的。
振荡器31在取决于电感L和电容Cs的频率上振荡。其振荡频率根据电容Cs的变化而变化，从而根据电容Cs的变化进行FM调制，电容Cs取决于与记录的数据相对应的晶态或非晶态的介电常数。通过对该FM调制进行解调，可以读取记录的数据。
FM解调器33对由电容Cs进行调制的振荡器31的振荡频率进行解调，并且根据探针追踪的位置处的晶态或非晶态，来重构记录的数据的波形。这是通过对根据记录的数据进行调制的频率进行FM解调来执行的。
信号检测器34根据在FM解调器33上解调的信号和来自AC信号生成器32的应用AC信号来重放记录的数据。对于信号的重放，可以使用同步检测方法、相位检测方法等。例如，优选情况下使用锁定放大器等来作为用于同步检测的设备。
如上所述，根据重放装置4，可以检测与在相变记录介质20的相变材料16上形成的数据相对应的晶态和非晶态的差异，以由此以好的SN比来重放数据。
顺便提一下，记录/重放头2可以替代记录/重放头1。在这种情况下，SW1被连接到振荡器31侧，并且SW2被打开。
(记录/重放装置的第一实施例)
下面参照图6来讲述本发明中记录/重放装置的第一实施例。顺便提一下，记录/重放装置5的每一个组成元件的详细操作和效果都与记录装置3和重放装置4中所讲述的相同，根据情况需要可以将其作为参考。
如图6所示，记录/重放装置5具有记录/重放头1，记录/重放头1具有：探针11，其由记录/重放电极11a、位于记录/重放电极11a的顶端上的绝缘层13和位于绝缘层13上的电阻部件14组成；以及返回电极12，其位于探针11的周围。此外，记录/重放装置5还具有：加热器38，用于将电压施加到电阻部件14以加热；以及记录信号生成器39，用于产生被输入到加热器38的信号，作为记录系统。此外，记录/重放装置5还具有：电感器19，其位于探针11的记录/重放电极11a和返回电极12之间；振荡器31，其以谐振频率来进行振荡，该谐振频率取决于电感器19的电感L和与探针11下的相变材料16的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs；AC信号生成器32，用于生成被施加到相变材料16的AC信号；FM解调器33，用于解调通过与晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs进行调制的振荡信号；信号检测器34，用于根据解调信号来重放数据；等等，作为重放系统。
在记录操作中，与被记录的数据相对应的信号是由记录信号生成器39生成的，并且该信号被输入到加热器38。将电压从加热器38施加到探针11的电阻部件14，并且电阻部件14被加热并产生热量。该热量将相变记录介质20的相变材料16从晶态变成非晶态，以由此记录数据。
在重放操作中，与相变材料16的晶态或非晶态相关地记录的数据是通过测量晶态和非晶态的差异来进行重放的。将由AC信号生成器32生成的AC信号施加到相变记录介质20的相变材料16。电感器19的电感L和与晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs构成谐振电路。振荡器31以谐振电路的频率来振荡。振荡信号是通过电容Cs进行FM调制并且通过FM解调器33进行FM解调的。根据来自AC信号生成器32的AC信号，记录的数据根据解调信号在信号检测器34上进行重放。
如上所述，通过使用记录/重放头1，第一实施例中的记录/重放装置6具有作为独立功能的记录系统和重放系统。记录/重放装置6可以在执行记录操作的同时执行重放操作；也就是说，它可以在执行记录操作的同时确认记录的数据的记录状态。
(记录/重放装置的第二实施例)
下面参照图7来讲述本发明中记录/重放装置的第二实施例。顺便提一下，记录/重放装置6的每一个组成元件的详细操作和效果都与记录装置3和重放装置4中所讲述的相同，根据情况需要可以将其作为参考。
如图7所示，记录/重放装置6具有记录/重放头2，记录/重放头2具有：探针11，其由支撑部件11b和位于支撑部件11b的顶端上的电阻部件14组成；以及返回电极12，其位于探针11的周围。此外，记录/重放装置6还具有：加热器38，用于将电压施加到电阻部件14以加热；以及记录信号生成器39，用于产生被输入到加热器38的信号，作为记录系统。此外，记录/重放装置6还具有：电感器19，其位于探针11的电阻部件14和返回电极12之间；振荡器31，其以谐振频率来进行振荡，该谐振频率取决于电感器19的电感L和与探针11下的相变材料16的晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs；AC信号生成器32，用于生成被施加到相变材料16的AC信号；FM解调器33，用于解调通过与晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs进行调制的振荡信号；信号检测器34，用于根据解调信号来重放数据；等等，作为重放系统。
在记录操作中，SW1和SW2都被连接到加热器38侧，并且将由与被记录的数据相对应的记录信号生成器39生成的信号输入到加热器38。将电压从加热器38施加到探针11的电阻部件14，并且电阻部件14被加热并产生热量。该热量将相变记录介质20的相变材料16从晶态变成非晶态，以由此记录数据。
在重放操作中，SW1被连接到振荡器31侧并且SW2被断开，从而将电阻部件14与电感器19和振荡器31相连。因此，将由AC信号生成器32生成的AC信号施加到相变记录介质20的相变材料16。
记录的数据是通过测量相变材料16的晶态和非晶态的差异来进行重放的。将由AC信号生成器32生成的AC信号施加到相变记录介质20的相变材料16。电感器19的电感L和与晶态或非晶态的介电常数相对应的电容Cs构成谐振电路。振荡器31以谐振电路的频率来振荡。振荡信号是通过电容Cs进行FM调制并且通过FM解调器33进行FM解调的。根据来自AC信号生成器32的AC信号，记录的数据根据解调信号在信号检测器34上进行重放。
本发明并不限于上述实施例，并且如果需要，在不偏离从权利要求书和整个说明读出的本发明的主旨或精神的情况下，可以进行各种改变。包含这些改变的记录/重放头、记录装置、重放装置和记录/重放装置也属于本发明的技术范围之内。
工业适用性
本发明的记录/重放头、记录装置、重放装置和记录/重放装置作为能够实现高密度、大容量记录的技术，可以应用于通过使用扫描式非线性电介质显微镜(SNDM)在相变记录介质中记录或重放数据的记录/重放头，以及使用该记录/重放头的记录装置、重放装置和记录/重放装置。

Claims (20)

1.一种记录/重放头，用于将数据记录在相变记录介质中或者用于对记录在相变介质中的数据进行重放，
所述记录/重放头包括：
探针，其具有：(i)用于检测数据的重放电极，其由导电部件构成并且具有基本为球形的凸出的顶端，该顶端具有预定半径；(ii)绝缘层，其覆盖重放电极的顶端；以及(iii)电阻部件，其位于绝缘层上并且在记录数据时产生热量；以及
返回电极，其位于所述探针周围，用于返回施加到所述探针的电场的高频分量。
2.一种记录/重放头，用于将数据记录在相变记录介质中或者用于对记录在相变介质中的数据进行重放，
所述记录/重放头包括：
探针，其具有：由绝缘部件组成并且具有基本为球形的凸出的顶端的支撑部件，该顶端具有预定半径；以及位于支撑部件的顶端上并且在记录数据时产生热量的电阻部件；以及
返回电极，其位于所述探针周围，用于返回施加到所述探针的电场的高频分量。
3.如权利要求1所述的记录/重放头，其中由电阻部件产生的热量将相变记录介质的相变材料从晶态变成非晶态。
4.如权利要求2所述的记录/重放头，其中由电阻部件产生的热量将相变记录介质的相变材料从晶态变成非晶态。
5.如权利要求1所述的记录/重放头，其中记录/重放头为用于根据非线性电介质显微镜来记录或重放相变记录介质中的数据的头。
6.如权利要求2所述的记录/重放头，其中记录/重放头为用于根据非线性电介质显微镜来记录或重放相变记录介质中的数据的头。
7.一种记录装置，用于将数据记录在相变记录介质的相变材料中，
所述记录装置包括：
如权利要求1所述的记录/重放头；
加热设备，用于通过将电流施加到记录/重放头的电阻部件，来根据数据产生热量；以及
记录信号生成设备，用于生成与数据相对应并且被输入到加热设备的记录信号。
8.一种记录装置，用于将数据记录在相变记录介质的相变材料中，
所述记录装置包括：
如权利要求2所述的记录/重放头；
加热设备，用于通过将电流施加到记录/重放头的电阻部件，来根据数据产生热量；以及
记录信号生成设备，用于生成与数据相对应并且被输入到加热设备的记录信号。
9.一种重放装置，用于重放被记录在相变记录介质的相变材料中的数据，
所述重放装置包括：
如权利要求1所述的记录/重放头；
电场施加设备，用于将电场施加到相变记录介质；
振荡设备，在其中振荡频率随相变记录介质的晶态或非晶态的介电常数的差异变化；
解调设备，用于解调由所述振荡设备产生的振荡信号；以及
数据重放设备，用于根据由所述解调设备解调的信号来重放数据。
10.一种重放装置，用于重放被记录在相变记录介质的相变材料中的数据，
所述重放装置包括：
如权利要求2所述的记录/重放头；
电场施加设备，用于将电场施加到相变记录介质；
振荡设备，在其中振荡频率随相变记录介质的晶态或非晶态的介电常数的差异变化；
解调设备，用于解调由所述振荡设备产生的振荡信号；以及
数据重放设备，用于根据由所述解调设备解调的信号来重放数据。
11.如权利要求9所述的重放装置，其中所述数据重放设备通过同步检测来重放数据。
12.如权利要求10所述的重放装置，其中所述数据重放设备通过同步检测来重放数据。
13.如权利要求9所述的重放装置，其中所述数据重放设备通过相位检测来重放数据。
14.如权利要求10所述的重放装置，其中所述数据重放设备通过相位检测来重放数据。
15.一种记录/重放装置，其使用如权利要求1所述的记录/重放头，用于记录或重放相变记录介质的相变材料中的数据，
所述记录/重放装置包括：
(i)作为记录装置，
加热设备，用于通过将电流施加到探针的电阻部件，来根据数据产生热量；以及
记录信号生成设备，用于产生与数据相对应并且被输入到加热设备的记录信号，以及
(ii)作为重放装置，
电场施加设备，用于将电场施加到相变记录介质；
振荡设备，在其中振荡频率随相变记录介质的晶态或非晶态的介电常数的差异变化；
解调设备，用于解调由所述振荡设备产生的振荡信号；以及
数据重放设备，用于根据由所述解调设备解调的信号来重放数据。
16.一种记录/重放装置，其使用如权利要求2所述的记录/重放头，用于记录或重放相变记录介质的相变材料中的数据，
所述记录/重放装置包括：
(i)作为记录装置，
加热设备，用于通过将电流施加到探针的电阻部件，来根据数据产生热量；以及
记录信号生成设备，用于产生与数据相对应并且被输入到加热设备的记录信号，以及
(ii)作为重放装置，
电场施加设备，用于将电场施加到相变记录介质；
振荡设备，在其中振荡频率随相变记录介质的晶态或非晶态的介电常数的差异变化；
解调设备，用于解调由所述振荡设备产生的振荡信号；以及
数据重放设备，用于根据由所述解调设备解调的信号来重放数据。
17.如权利要求15所述的记录/重放装置，其中所述数据重放设备通过同步检测来重放数据。
18.如权利要求16所述的记录/重放装置，其中所述数据重放设备通过同步检测来重放数据。
19.如权利要求15所述的记录/重放装置，其中所述数据重放设备通过相位检测来重放数据。
20.如权利要求16所述的记录/重放装置，其中所述数据重放设备通过相位检测来重放数据。
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