JP2000182288A - 誘電記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、誘電ヘッドのスライダと媒体が接
触する際の摩耗量が小さく、高記録密度化が図れる、誘
電記憶装置を提供する 【解決手段】 本発明に係る誘電記憶装置は、静電容量
の変化によって、情報の記録及び再生が可能な媒体を用
いる誘電記憶装置、もしくは情報の再生のみ可能な媒体
を用いる誘電記憶装置であって、前記媒体を回転させる
回転手段と、前記媒体と接触しない側面に該媒体に形成
された記録ビットとほぼ等しい形状及びサイズの電極を
有するスライダを備えた誘電ヘッドと、前記スライダを
前記媒体表面に接触させて前記誘電ヘッドを移動させる
保持手段と、前記媒体に対して情報を記録又は再生する
際に、前記保持手段を介して前記誘電ヘッドを該媒体上
で移動させる駆動手段と、前記駆動手段に電気的な指令
を発する制御手段と、前記媒体や前記回転手段等を内蔵
する筐体と、を少なくとも具備した構成からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電記憶装置に係
る。より詳細には、コンピュータの周辺機器等で用いら
れる高密度記憶装置として好適に用いられる誘電記憶装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータの周辺機器として用いられ
るハードディスクの記憶密度は、これまで年率６０％の
割合で増加の一途をたどってきており、ビット当たりの
コストの大幅な低減は情報社会の発展に大きく寄与して
いる。しかしながら、この磁気記録の記憶容量はこれま
での延長線上に沿って増加するのは技術的に困難な状況
になりつつある。すなわち、記録ビットの微小化がさら
に進めば、やがては記録ビットが熱ゆらぎで安定に存続
しえなくなるようなビットサイズの微小化限界に達する
ものと予想されており、ここで磁気記録の記憶密度上昇
の傾向は頭打ちになると考えられている。

【０００３】このような状況に備えて、磁気記録の記憶
容量を凌駕するような他の方式の研究が進められてきて
おり、さまざまな方法が提案されている。記憶密度の増
加を図ることは、単純には、記録ピットを記録・再生す
るためのへッドあるいはプローブをできるだけ微小化
し、かつそのへッドあるいはプローブを記憶媒体に近接
または接触させることである。このため、高密度記憶の
研究の多くは、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning
Probe Microscopy）技術を応用する形で進められてき
ている。

【０００４】走査プローブ顕微鏡（以下、ＳＰＭと略
記）は１９８２年に発明された走査トンネル顕微鏡（Ｓ
ＴＭ：Scanning Tunneling Microscopy）技術を拡張し
たもので、微小プロ―ブを試料表面に近接もしくは接触
させて、サブナノメートルスケールの空間分解能で、表
面の形状・構造等を測定することができる計測技術であ
る。これまで種々のタイプのＳＰＭ技術が開発されて表
面の観察に用いられてきたほか、表面に微細な加工を施
す、あるいは表面の微小な領域のみ性質を変化させるな
ど、表面に記録ビットを形成しかつそれを読み取る試
み、すなわち超高密度の記憶デバイスの原理性を検証す
るような研究も進められてきた。

【０００５】上述した超高密度の記憶デバイスの研究と
しては、以下に示すものが知られている。 （１）ＳＰＭ探針で媒体表面に機械的に窪みを形成し、
形状測定によって窪みの有無を検出する方法。 （２）ＳＰＭ探針から色素等の絶縁体を塗布した媒体に
電圧を印加して絶縁破壊を生じさせ、形状測定によって
絶縁破壊部を検出する方法。 （３）ＳＰＭ探針から相変化媒体に電圧を印加して、電
圧印加部のみを非晶質相から結晶化させて電気抵抗の変
化により結晶相／非結晶相の差分を検出する方法。 （４）シリコン基板上に酸化シリコンさらに窒化シリコ
ンを形成した媒体に対し、窒化シリコン上からＳＰＭ探
針によって電圧を印加させ、トンネル効果によってシリ
コン基板から、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の界面
の窒化シリコン膜側に電荷が蓄積させ、この電荷蓄積有
無を静電容量変化によって検出する方法。 （５）上記（１）〜（４）のようなＳＰＭ探針によって
機械的、電気的手段で記録・再生する以外の方法として
は、近接場光学の手法を用い、微小開口をもったプロ―
ブで磁気光学媒体に波長以下のサイズの記録ビットを形
成しかつ再生する方法。

【０００６】しかしながら、上述したＳＰＭの方式をそ
のまま記憶装置の媒体部と記録・再生部に適用するの
は、以下に示す理由から困難な状況にある。

【０００７】ＳＰＭ方式よって微小な記録ビットを形
成しても、ＳＰＭの探針走査範囲は広くとれないため、
ＳＰＭの媒体部と記録再生部１式の組み合わせでも、総
記憶容量は大きくとれない。たとえば、通常のＳＰＭの
空間分解能は最大走査範囲の１０^-4程度である。このこ
とは、最大走査範囲に書き込める記憶容量が、甘めに考
えても、１０⁴×１０⁴すなわち、１００Ｍｂｉｔ（１
２．５ＭＢｙｔｅ）にしかならないことを意味してお
り、これは、記憶装置としては意味のない記憶容量であ
る。

【０００８】探針を試料表面に接触して記録・再生す
ることにより、図１０に示すような探針先端の磨耗は避
けられない。探針磨耗により、使用を重ねるごとに記録
ビットサイズが大きくなって、隣接ビットに干渉にする
ようになり、再生時には隣接ビットからの信号干渉で信
号／雑音比が劣化する問題がある。また、ＳＰＭ探針は
先端が鋭いため、探針が媒体表面を接触走行すると媒体
の磨耗も避けられない。

【０００９】総記録容量を大きくとるために、ＳＰＭ
探針をディスク状媒体に接触走行させて記録再生する方
歩も考えられる。しかし、先端を平らに加工した探針で
も、ディスクが高速回転する場合は、探針姿勢の安定性
が問題となる。

【００１０】上記〜に述べた技術的課題は、ＳＰＭ
方式を高密度記憶に応用する際に問題となることは明ら
かである。

【００１１】従って、以下に示す課題を達成できる記憶
装置の開発が望まれていた。 （ａ）媒体の総記憶容量を確保するためには、ハードデ
ィスクの形態と同様に、記録媒体をディスク形状にし、
記録・再生へッドをスライダに搭載してシークを可能と
する構造を有すること。 （ｂ）記録密度を磁気記録を凌駕するものとするために
は、現状の磁気記録の原理以外の記録・再生の原理で、
かつ接触記録方式にすること。 （ｃ）接触記録方式の場合に、記録・再生へッド部のス
ライダならびに媒体の磨耗を極微量の範囲にとどめるこ
と。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、磁気記録の
原理以外の記録・再生の原理を用いると共に、接触記録
方式が採用でき、誘電ヘッドのスライダと媒体が接触す
る際の摩耗量が小さく、高記録密度化が図れる、誘電記
憶装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【問題を解決するための手段】本発明に係る誘電記憶装
置は、静電容量の変化によって、情報の記録及び再生が
可能な媒体を用いる誘電記憶装置、もしくは情報の再生
のみ可能な媒体を用いる誘電記憶装置であって、前記媒
体を取り付け該媒体を回転させる回転手段と、前記媒体
と接触しない側面に該媒体に形成された記録ビットとほ
ぼ等しい形状及びサイズの電極を有するスライダを備え
た誘電ヘッドと、前記誘電ヘッドを支持し、前記スライ
ダを前記媒体表面に接触させて該誘電ヘッドを移動させ
る保持手段と、前記媒体に対して情報を記録又は再生す
る際に、前記保持手段を介して前記誘電ヘッドを該媒体
上の所望の位置に移動させる駆動手段と、前記駆動手段
に電気的な指令を発する制御手段と、前記媒体、前記回
転手段、前記誘電ヘッド、前記保持手段、前記駆動手段
及び前記制御手段を内蔵する筐体と、を少なくとも具備
したことを特徴とする。

【００１４】上記構成の誘電記憶装置では、媒体を回転
手段で回転させながら、媒体表面上を接触走行するスラ
イダを駆動手段によって、媒体面上をシークさせること
ができる。また、前記誘電ヘッドは、媒体と接触しない
側面に、該媒体に形成された記録ビットとほぼ等しい形
状及びサイズの電極を有するスライダを備えることによ
り、ＳＰＭ技術を用いて媒体に情報を記録／再生する
際、摩耗によって電極が破壊される等の問題を回避でき
るので、長期安定稼働が可能でかつ大記憶容量化も図れ
る、誘電記憶装置が得られる。

【００１５】上記誘電記憶装置は、内蔵する媒体として
次に示すような各種媒体を利用することが可能である。

【００１６】すなわち、前記媒体を、シリコン基板の前
記スライダと対向する面上に酸化シリコン、窒化シリコ
ンを順次設けた構成からなり、該酸化シリコンと該窒化
シリコンとの界面における電荷蓄積の有無を利用する媒
体とした場合には、酸化シリコンと窒化シリコンとの界
面における電荷蓄積の有無を利用して、記録・再生が何
度でも可能な（すなわち書き換え可能な）、リライタブ
ル装置が提供できる。

【００１７】前記媒体を、導電性基板の前記スライダと
対向する面上に強誘電体膜を設けた構成、又は、前記ス
ライダと対向する面を導電性膜で被覆した絶縁性基板の
該導電性膜上に強誘電体膜を設けた構成からなり、該強
誘電体膜における誘電分極の有無を利用する媒体とした
場合には、強誘電体膜における誘電分極の有無を利用し
て、記録・再生が何度でも可能な（すなわち書き換え可
能な）、リライタブル装置が提供できる。

【００１８】前記媒体を、導電性基板の前記スライダと
対向する面に凹凸形状を有する構成、又は、前記スライ
ダと対向する面に凹凸形状を有する絶縁性基板上に導電
性膜を設けた構成からなり、該凹凸形状による静電容量
変化の有無を利用する媒体とした場合には、凹凸による
静電容量変化の有無を利用して、再生（すなわち読み出
し）専用のリードオンリ装置が提供できる。

【００１９】前記媒体を、導電性基板の前記スライダと
対向する面上に絶縁性膜を設けた構成、又は、絶縁性基
板の前記スライダと対向する面上に導電性膜、絶縁性膜
を順次設けた構成からなり、該絶縁膜における絶縁破壊
部の静電容量変化の有無を利用する媒体とした場合に
は、絶縁性膜における絶縁破壊部と非破壊部の静電容量
変化の有無を利用して、再生は何度も可能だが記録は一
回だけに限定される、ライトワンス装置が提供できる。

【００２０】上述した誘電記憶装置において、誘電ヘッ
ドが具備するスライダの側面に設けた電極を構成する導
電性膜は、カーボン、あるいはチタン、ジルコニウム、
ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、
モリブデン、タングステン若しくはランタンのうち少な
くとも一つを含む窒化物、炭化物又は硼化物、であるこ
とを特徴とする。これらの材料は高硬度と導電性とを兼
ね備えていることから、耐摩耗性に優れた電極が得られ
るので、長期信頼性の高い装置が提供できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第一の実施の形態）図１は、本
発明に係る誘電記憶装置を構成する誘電ヘッド部と媒体
との関係を模式的に示した断面図の一例であり、媒体１
１が、シリコン基板８のスライダ２と対向する面上に酸
化シリコン９、窒化シリコン１０を順次設けた構成から
なる場合を示す。図５は、誘電ヘッドを構成するスライ
ダの媒体との接触面を示した模式的な平面図である。図
６は、本発明に係る誘電記憶装置を誘電ヘッドの上方か
ら見た模式的な平面図である。

【００２２】図１、５及び６において、１は誘電へッ
ド、２はスライダ、３は誘電へッド電極、４は絶縁膜、
５は保持手段であるサスぺンション、６はリード線、７
はスライダの一部である接触パッド部、８はシリコン基
板、９は酸化シリコン膜、１０は窒化シリコン膜、１１
はＮＯＳ媒体、１２は電荷、２２はディスク状の媒体、
２３は駆動手段であるアクチュエータ、２４は制御手段
であるアクチュエータ制御部、２５は筐体、２８は回転
手段であるスピンドルモータである。ここで、ＮＯＳ
（Silicon Nitride/Silicon Oxide/Siliconの略称なる
名称）媒体とは、上述したシリコン基板上に酸化シリコ
ン、窒化シリコンを順次設けた構成の媒体の通称であ
り、以下この通称を用いる。

【００２３】すなわち、図６に示した本発明に係る誘電
記憶装置は、媒体２２を取り付け媒体２２を回転させる
回転手段２８と、媒体２２と接触しない側面に媒体２２
に形成された記録ビットとほぼ等しい形状及びサイズの
電極３を有するスライダ２を備えた誘電ヘッド１と、誘
電ヘッド１を支持し、スライダ２を媒体２２表面に接触
させて誘電ヘッド１を移動させる保持手段５と、媒体２
２に対して情報を記録又は／及び再生する際に、保持手
段５を介して誘電ヘッド１を媒体２２上の所望の位置に
移動させる駆動手段２３と、駆動手段２３に電気的な指
令を発する制御手段２４と、媒体２２、回転手段２８、
誘電ヘッド１、保持手段５、駆動手段２３及び制御手段
２４を内蔵する筐体２５と、を少なくとも具備した構成
からなる。

【００２４】第一の実施形態における記録・再生の原理
は以下の通りである。

【００２５】ＮＯＳ媒体１１（図６の媒体２２に相当す
る）において、ＮＯＳ媒体１１のＳの部分すなわちシリ
コン基板８を一方の電極とし、他方の外部電極（すなわ
ち誘電へッド電極３）を窒化シリコン膜１０上に置いて
電圧を印加すると、トンネル効果によってシリコン基板
８から、窒化シリコン膜１０と酸化シリコン膜９の界面
の窒化シリコン膜１０側に電荷１２が蓄積される。さら
に、この位置で電荷蓄積時と逆極性の電圧を印加するこ
とによって、蓄積電荷は除去される。この現象を利用
し、窒化シリコン膜１０と酸化シリコン膜９の界面にお
ける電荷蓄積有無を、２つの電極間の静電容量変化によ
って検出し、電荷有無を記録ピットに対応させるのが第
１の実施形態における記録・再生原理である。

【００２６】その際、誘電へッド電極３を構成する接触
スライダ２は、図５に示すように３個の接触パッド部７
を持ち、このうちの１つのパッド部に絶縁膜４で囲まれ
た誘電へッド電極３が形成されている。誘電へッド電極
３は記録ビットサイズに相当する厚さと幅をもった導電
性膜で形成されており、この端面を媒体に接触させる。
この誘電へッド電極３には次のような特徴がある。

【００２７】（１）誘電へッド電極３の膜厚と幅は、媒
体接触部側から上方のリード線６の接続部（図１では詳
細を図示せず）まで同一とし、すなわち誘電へッド電極
３は「金太郎飴」の構造を採用している。この構造によ
り、仮りにへッドの下部が磨耗しても電極サイズは変わ
ることがなく、記録ビットの大きさは一定に保たれる。
従来のＳＰＭ探針を記録・再生へッドに用いる場合は、
図１０に示すように、カンチレバー２７に固定された導
電性探針２６の先端が接触を重ねるごとに磨耗が進行
し、記録ビットの大きさが徐々に広がっていく問題があ
ったのに対して、本発明に係る誘電へッド電極３ではこ
の問題が解消される。

【００２８】（２）本発明に係る誘電へッド電極３の電
極部には、例えば、耐摩耗性と導電性、それと以下に述
べるようにスライダ加工における機械的耐久性を確保し
た材料が好適に用いられる。本実施形態で使用している
カーボンは、水素添加しない条件でＥＣＲスパッタ法を
用いて成膜したものが好適に用いられる。

【００２９】このカーボンの比抵抗は図７に示すように
水素濃度０％で１０^-2から１０^-1Ωｃｍの値であり、導
電性をもつことが確認されている。また、このカーボン
の耐磨耗性は、図８に示した原子間力顕微鏡による微小
磨耗試験結果より、ダイヤモンドに比肩しうる特性をも
っていることが分かった。

【００３０】上記カーボンに代わる材料としては、例え
ばチタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニ
オブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、
ランタンのそれぞれの窒化物、炭化物、硼化物が挙げら
れる。これらは、Physics ofThin Films,vol.17,1993(A
cademic Press,Inc)の１０２頁に示されているように、
高伝導性と高硬度の特性を併せもつことが示されてお
り、ＥＣＲスパッタ法で成膜したカーボン膜と同様にす
ぐれた耐磨耗性をもつものと言える。

【００３１】本発明のような導電性の誘電へッド電極を
持つスライダは、接触走行においても極微量の摩耗を受
ける可能性があるが、それ以上に機械的な損傷の可能性
が高いのは、スライダ２の接触パッド７の端面を加工す
る場合である。すなわち、この加工では、スライダ材
（通常、硬質セラミックスが用いられる）の側面に、絶
縁膜４、へッド電極膜３等を成膜した後に端面を切断
し、さらに研磨仕上げが行われる。この切断、研摩の加
工が膜に与える損傷の可能性は、スライダ接触走行時の
磨耗の比ではない。このため、誘電へッド電極膜を成膜
したスライダ部材は、まず、この切断、研摩に対して、
電極膜周辺でチッピング（欠け）、およびリセス（電極
膜が窪んだ状態に研磨されること）があってはならな
い。

【００３２】本発明の誘電へッド電極３には上述したカ
ーボンに代わる材料が好適に用いられるが、確認実験と
して、ＥＣＲスパッタ法でサファイヤスライダ側面に成
膜したカーボン膜について、切断後、研磨後の電極断面
の状態を顕微鏡で観察した。その結果、切断後、研摩後
も電極部周辺のチッピングは皆無であることが確認され
た。また、リセスの有無確認のため、研磨面を原子間力
顕微鏡で観察した結果、カーボン膜の断面がサファイヤ
面よりナノメートルのオーダーで高くなっている、すな
わち、切断・研磨でリセスが無いことを見出した。この
ように、本発明に係る誘電へッド電極３はすぐれた機械
的耐久性を備えていると言える。

【００３３】以上、本発明に係る誘電ヘッド１は優れた
機械的耐久性を備えていることを説明したが、以下では
媒体側の摩耗について説明する。

【００３４】本発明に係る装置ではスライダ２を常時接
触走行させるため、媒体側も摩耗が発生しうる。そこ
で、ＮＯＳ媒体の最表面層である窒化シリコン膜に対
し、図５に示す形状の接触スライダ２の連続接触走行試
験を行った。ここで摩耗試験の時間は同一で連続２００
時間とした。この２００時間の根拠は、誘電記憶装置が
方式寿命として日勤帯で５年使用（年間２２０日で１日
あたり８時間の使用）される場合、媒体サイズを直径１
インチとしてスライダのパッド部が１つのトラックに接
触している時間の総和から算出したものである。また、
誘電記録媒体の膜厚が５０ｎｍの場合、誘電記録・再生
の信号／雑音比が劣化しない範囲は１０ｎｍと推定され
ることから、磨耗量の許容最大値は１０ｎｍとした。摩
耗試験の結果は、図９の窒化シリコンのデータが示すよ
うに、２００時間後も４ｎｍ以下と十分目標値を満足し
ている。なお、図９はスライダ材料としてサファイアを
用いた結果であり、図中の記号ｇｆはスライダの接触荷
重を示す。したがって、本発明に係る装置で用いる接触
スライダ２とＮＯＳ媒体１１は、媒体磨耗上の問題はな
いと判断した。

【００３５】第一の実施形態では、以上に述べた誘電へ
ッド電極３を搭載した接触スライダ２を、ハードディス
クに用いられているのと同様な保持手段であるサスぺン
ション５に固定している。本発明に係る誘電記憶装置の
全体の構造は、図６に示すように、外観上はハードディ
スクとさして変わらない。それは、本発明の誘電記憶装
置が、ハードディスクにおける磁気へッド、磁気記録媒
体、記録・再生回路部を、それぞれ誘電へッド１、誘電
記録再生用のディスク状媒体２２（第一の実施形態では
ＮＯＳ媒体）、誘電記録用の記録・再生回路部（図示せ
ず）に置き換えたものに他ならないからである。

【００３６】上述した本発明に係る装置は、従来のハー
ドディスクにおけるスピンドルモータ技術、アクチェー
タ技術（図６では２３、２４が対応）、信号処理技術な
どをそのまま利用できるので、製品化した際には当初か
ら十分に低コスト化を図ることが可能である。

【００３７】（第二の実施の形態）図２は、本発明に係
る誘電記憶装置を構成する誘電ヘッド部と媒体との関係
を模式的に示した断面図の他の一例であり、媒体１６
が、導電性基板（この場合、基板は図２の導電性膜１４
の機能を兼ねる）のスライダと対向する面上に強誘電体
膜を設けた構成（不図示）、又は、スライダ２と対向す
る面を導電性膜１４で被覆した絶縁性基板１３の該導電
性膜１４上に強誘電体膜１５を設けた構成、からなる場
合を示す。

【００３８】誘電ヘッド１を構成するスライダ２の媒体
１６との接触面、及び、誘電ヘッド１と媒体１６等が組
み込まれる誘電記憶装置は、第一の実施形態と同様に図
５及び図６に示される同じものとした。

【００３９】第二の実施形態（図２）とした場合には、
媒体１６を構成する導電性基板（不図示）もしくは絶縁
性基板１３上の導電膜１４を一方の電極とし、他方の外
部電極（すなわち誘電へッド電極３）を強誘電体膜１５
上に置いて電圧を印加すると強誘電体１５に分極が生
じ、また、分極を生じさせたのと逆極性の電圧を印加す
ることによって分極は解消される。この現象を利用し、
強誘電体１５における分極有無を両電極間の静電容量変
化によって検出して、分極有無を記録ビットに対応させ
るのが第二の実施形態における記録・再生原理である。

【００４０】ここで、誘電ヘッド１は第一の実施形態で
説明したものと同一であり、この誘電ヘッド１を異なる
原理の誘電記録方式に共通に使用可能なことは、本発明
の特徴であり、利点でもある。従って、第二の実施形態
で用いた誘電ヘッド１の構成、特徴などはこれまでに説
明したものと同様のため、説明を割愛する。

【００４１】なお、第二の実施形態の媒体に使用する強
誘電体の耐摩耗性の典型的な例として、ＰＺＴ［Pb(Ti_x
Zr_1-x)O₃：チタン酸ジルコン酸鉛］の摩耗特性を図９に
示す。本材料も２００時間の接触走行後の摩耗量が１０
ｎｍ以下と、目標値を満足する良好な耐摩耗性を示し
た。

【００４２】（第三の実施の形態）図３は、本発明に係
る誘電記憶装置を構成する誘電ヘッド部と媒体との関係
を模式的に示した断面図の他の一例であり、媒体１９
が、導電性基板１８のスライダ２と対向する面に凹凸形
状１７を有する構成、又は、スライダと対向する面に凹
凸形状を有する絶縁性基板上に導電性膜を設けた構成
（不図示）、からなる場合を示す。

【００４３】接触スライダ２の構造は第一の実施形態と
同一であり、説明を省略する。なお、第三の実施形態の
場合は、媒体可換の方式を採用するのが一般的である
が、媒体可換もしくは非可換であっても、媒体を回転さ
せ、へッドを搭載したスライダをシークするという記録
装置としての動作は本質的に同様であり、ここでは記録
装置の機構面の説明は割愛する。

【００４４】図３において、１は誘電へッド、２はスラ
イダ、３は誘電へッド電極、４は絶縁膜、５は保持手段
であるサスぺンション、６はリード線、７はスライダの
一部である接触パッド部、１７は微小凹凸部、１８は導
電性基板、１９はＲＯＭ媒体である。なお、第三の実施
形態の場合は読取り専用の記憶装置のため、ここでは媒
体１９をＲＯＭ（Read Only Memoryの略称からなる名
称）媒体と称する。

【００４５】第三の実施形態における記録・再生の原理
は以下の通りである。

【００４６】導電性基板１８に微小凹凸部１７を形成
し、導電性基板１８を一方の電極とし、他方の外部電極
（すなわち誘電へッド電極３）を微小凹凸部１７上に置
いて両電極間の静電容量を測定すると、凹部、凸部に応
じて静電容量は変化する。この凹凸形状の変化を静電容
量変化によって検出し、静電容量変化を記録ビットに対
応させるのが第三の実施形態における再生原理である。
ここで、誘電へッド１は第一の実施形態で説明したもの
と同一であり、この誘電へッド１を異なる原理の誘電記
録方式に共通に仕様可能なことは、本発明の特徴であ
り、利点でもある。従って、第三の実施形態における誘
電へッド１の構成、特徴などは説明を割愛する。

【００４７】また、第三の実施形態では、導電性基板１
８の代わりに絶縁性基板を用い、微小凹凸部１７を形成
した後に導電性膜を成膜して、ＲＯＭ媒体１９を構成す
ることも可能である。このどちらの場合もＲＯＭ媒体表
面は耐磨耗性が要求される。これに対しては、前述の導
電性かつ高耐久性のＥＣＲスパッタカーボン膜を用いれ
ば、この要求を満たすことが可能である。このカーボン
膜が良好な耐摩耗性を示すことは図９の結果より明らか
である。

【００４８】（第四の実施の形態）図４は、本発明に係
る誘電記憶装置を構成する誘電ヘッド部と媒体との関係
を模式的に示した断面図の他の一例であり、媒体２１
が、導電性基板のスライダと対向する面上に絶縁性膜を
設けた構成（不図示）、又は、絶縁性基板１３のスライ
ダ２と対向する面上に導電性膜１４、絶縁性膜２０を順
次設けた構成、からなる場合を示す。

【００４９】スライダ２の構造は第一の実施形態と同一
であり、説明を省略する。なお、第四の実施形態の場合
も、媒体可換の方式を採用するのが一般的であるが、媒
体可換もしくは非可換であっても、媒体を回転させ、へ
ッドを搭載したスライダをシークするという記録装置と
しての動作は本質的に同様であり、ここでは記録装置の
機構面の説明は割愛する。

【００５０】図４において、１は誘電へッド、２はスラ
イダ、３は誘電へッド電極、４は絶縁膜、５は保持手段
であるサスぺンション、６はリード線、７はスライダの
一部である接触パッド部、１３は絶縁性基板、１４は導
電性膜、２０は絶縁性膜、２１はＷＯＭ媒体である。な
お、第四の実施形態の場合は１回書き込みが可能で後は
読取り専用となるため、ここでは媒体をＷＯＭ（Write-
Once Memoryの略称からなる名称）媒体と称する。

【００５１】第四の実施形態における記録・再生の原理
は以下の通りである。

【００５２】絶縁性基板１３に導電性膜１４を形成しさ
らに絶縁性膜２０を形成し、導電性膜１４を一方の電極
とし、他方の外部電極（すなわち誘電へッド電極３）を
絶縁性膜２０面上に置いて、外部電極３より電圧を印加
して絶縁性膜２０を破壊し、破壊部と非破壊部に外部電
極３を置いたときに両電極間の静電容量が変化する現象
を利用する。絶縁性膜２０に電圧印加で記録を行い絶縁
性膜２０の破壊有無を静電容量変化で検出して、静電容
量変化を記録ビットに対応させるのが第四の実施形態に
おける記録・再生原理である。なおここでは、媒体とし
て絶縁性基板１３上に導電性膜１４を形成したものを用
いた例を説明したが、導電性基板に絶縁性膜を形成した
媒体（不図示）を代わりに用い、上記と同様に、絶縁性
膜を電気的に破壊し、破壊部と非破壊部の静電容量の差
異を検出する実施形態としても構わない。ここで、誘電
へッド１は第一の実施形態で説明したものと同一であ
り、この誘電へッド１を異なる原理の誘電記録方式に共
通に仕様可能なことは、本発明の特徴であり、利点でも
ある。従って、第四の実施形態における誘電へッド１の
構成、特徴などは説明を割愛する。

【００５３】また、第四の実施形態では、媒体２１の表
面がスライダ２の接触走行を受けるため、絶縁性膜２０
には耐磨耗性が要求される。一方、図７に示すように、
ＥＣＲスパッタカーボンは水素添加を行うと比抵抗が著
しく増大し、絶縁体となる。しかも、この水素添加カー
ボン膜は耐摩耗性を有している。従って、水素添加のＥ
ＣＲスパッタカーボン膜を絶縁性膜２０に適用すること
によって、この要求を満たすことが可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
媒体と接触しない側面に該媒体に形成された記録ビット
とほぼ等しい形状及びサイズの電極を有するスライダを
備えた誘電ヘッドを用い、静電容量の変化を検出して、
前記媒体に対して情報を記録又は／及び再生することに
よって、走査プローブ顕微鏡を応用した高密度記録を可
能とした誘電記憶装置が得られる。すなわち、磁気記録
の原理以外の記録・再生の原理を用いると共に、接触記
録方式が採用でき、誘電ヘッドのスライダと媒体が接触
する際の摩耗量が小さく、高記録密度化が図れる、誘電
記憶装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態に係る誘電記憶装置を
構成する誘電ヘッド部と媒体との関係を模式的に示した
断面図である。

【図２】本発明の第二の実施形態に係る誘電記憶装置を
構成する誘電ヘッド部と媒体との関係を模式的に示した
断面図である。

【図３】本発明の第三の実施形態に係る誘電記憶装置を
構成する誘電ヘッド部と媒体との関係を模式的に示した
断面図である。

【図４】本発明の第四の実施形態に係る誘電記憶装置を
構成する誘電ヘッド部と媒体との関係を模式的に示した
断面図である。

【図５】本発明に係る誘電ヘッドを構成するスライダの
媒体との接触面を示した模式的な平面図である。

【図６】本発明に係る誘電記憶装置を誘電ヘッドの上方
から見た模式的な平面図である。

【図７】本発明に係る媒体表面を構成する材料として用
いられる、カーボンの比抵抗特性を示すグラフである。

【図８】本発明に係る媒体表面を構成する材料として用
いられる、カーボンの耐摩耗性を示すグラフである。

【図９】本発明に係る媒体表面を構成する材料を変え
て、耐摩耗試験を行った結果を示すグラフである。

【図１０】従来技術におけるＳＰＭ探針と媒体との関係
を示した模式的な断面図である。

【符号の説明】

１ 誘電へッド、 ２ スライダ、 ３ 誘電へッド電極、 ４ 絶縁性膜、 ５ 保持手段であるサスぺンション、 ６ リード線、 ７ スライダの一部である接触パッド部、 ８ シリコン基板、 ９ 酸化シリコン膜、 １０ 窒化シリコン膜、 １１ ＮＯＳ媒体、 １２ 電荷、 １３ 絶縁性基板、 １４ 導電性膜、 １５ 強誘電体膜、 １６ 強誘電体媒体、 １７ 微小凹凸部、 １８ 導電性基板、 １９ ＲＯＭ媒体、 ２０ 絶縁性膜、 ２１ ＷＯＭ媒体 ２２ ディスク状の媒体、 ２３ 駆動手段であるアクチュエータ、 ２４ 制御手段であるアクチュエータ制御部、 ２５ 筐体、 ２６ 探針、 ２７ カンチレバー、 ２８ 回転手段であるスピンドルモータ。

フロントページの続き (72)発明者 林 孝好 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電 信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2F069 AA03 CC07 DD06 DD30 GG01 GG06 GG62 HH04 JJ06 JJ17 JJ19 LL04 MM11 MM13 MM32 RR03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電容量の変化によって、情報の記録及
   び再生が可能な媒体を用いる誘電記憶装置、もしくは情
   報の再生のみ可能な媒体を用いる誘電記憶装置であっ
   て、 前記媒体を取り付け該媒体を回転させる回転手段と、 前記媒体と接触しない側面に該媒体に形成された記録ビ
   ットとほぼ等しい形状及びサイズの電極を有するスライ
   ダを備えた誘電ヘッドと、 前記誘電ヘッドを支持し、前記スライダを前記媒体表面
   に接触させて該誘電ヘッドを移動させる保持手段と、 前記媒体に対して情報を記録又は再生する際に、前記保
   持手段を介して前記誘電ヘッドを該媒体上の所望の位置
   に移動させる駆動手段と、 前記駆動手段に電気的な指令を発する制御手段と、 前記媒体、前記回転手段、前記誘電ヘッド、前記保持手
   段、前記駆動手段及び前記制御手段を内蔵する筐体と、 を少なくとも具備したことを特徴とする誘電記憶装置。
2. 【請求項２】 前記媒体は、シリコン基板の前記スライ
   ダと対向する面上に酸化シリコン、窒化シリコンを順次
   設けた構成からなり、該酸化シリコンと該窒化シリコン
   との界面における電荷蓄積の有無を利用する媒体である
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘電記憶装置。
3. 【請求項３】 前記媒体は、導電性基板の前記スライダ
   と対向する面上に強誘電体膜を設けた構成、又は、前記
   スライダと対向する面を導電性膜で被覆した絶縁性基板
   の該導電性膜上に強誘電体膜を設けた構成からなり、該
   強誘電体膜における誘電分極の有無を利用する媒体であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の誘電記憶装置。
4. 【請求項４】 前記媒体は、導電性基板の前記スライダ
   と対向する面に凹凸形状を有する構成、又は、前記スラ
   イダと対向する面に凹凸形状を有する絶縁性基板上に導
   電性膜を設けた構成からなり、該凹凸形状による静電容
   量変化の有無を利用する媒体であることを特徴とする請
   求項１に記載の誘電記憶装置。
5. 【請求項５】 前記媒体は、導電性基板の前記スライダ
   と対向する面上に絶縁性膜を設けた構成、又は、絶縁性
   基板の前記スライダと対向する面上に導電性膜、絶縁性
   膜を順次設けた構成からなり、該絶縁膜における絶縁破
   壊部の静電容量変化の有無を利用する媒体であることを
   特徴とする請求項１に記載の誘電記憶装置。
6. 【請求項６】 前記スライダの側面に設けた電極を構成
   する導電性膜は、カーボン、あるいはチタン、ジルコニ
   ウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、ク
   ロム、モリブデン、タングステン若しくはランタンのう
   ち少なくとも一つを含む窒化物、炭化物又は硼化物、で
   あることを特徴とする請求項１に記載の誘電記憶装置。