JP2000348397A - 情報媒体、情報再生方法および情報再生装置 - Google Patents

情報媒体、情報再生方法および情報再生装置

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隆 菊川
Hajime Utsunomiya
肇 宇都宮
Takuya Tsukagoshi
拓哉 塚越
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な手段で高密度な情報記録が行え、か
つ、高密度記録情報の再生が容易に行える情報媒体と、
この媒体に記録された情報を再生する方法と、この方法
を利用する情報再生装置とを提供する。 【解決手段】 結晶状態、結晶相または構成物質の相違
を表面電位または表面電荷密度の相違として読み出すこ
とにより、記録情報の読み出しを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高密度に形成され
た記録情報パターンを容易に再生することが可能な情報
媒体、情報再生方法および情報再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、高密度記録には磁気記録や光記録
が利用されている。磁気記録装置としては、例えばハー
ドディスクドライブや磁気テープドライブ、光記録装置
としては、光磁気記録装置や相変化型記録装置が一般的
である。
【０００３】しかし、従来の磁気記録および光記録は、
いずれも固有の信号検出限界をもっている。
【０００４】例えば磁気記録の場合、記録マークを微小
化すると、室温でさえも熱揺らぎのために磁壁が不安定
となり、記録マーク（磁化反転領域）が消失してしまう
という問題がある。さらに、磁気抵抗効果素子を再生に
利用するハードディスクドライブでは、記録マーク微小
化によって磁場変化も小さくなるので、この点からも検
出限界が存在する。
【０００５】一方、光記録では、再生光の波長と再生光
学系の開口数とによって規定される回折限界により、信
号検出限界が決まってしまう。
【０００６】このような事情から、例えば特開平１０−
１７２１８７号公報に記載されているように、電荷蓄積
材料を有する媒体を用い、電荷移動により記録や消去を
行い、走査型プローブ顕微鏡（SPM:Scanning Probe Mic
roscope）を使用して電荷、表面電位または静電容量の
変化を検出することにより記録情報の再生を行う提案が
なされている。
【０００７】しかし、同公報に記載された記録媒体およ
び記録方法は、一般的に利用しやすいものとはいえな
い。すなわち、同公報では、記録媒体の例として、導電
性を有するＳｉ基体上に、シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、シリコン酸化膜を順次積層して電荷蓄積層を構成
したものを用い、この記録媒体に対し、原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）を利用して電荷の移動を行って電位差を設け
ることにより、記録を行う構成としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡易な手段
で高密度な情報記録が行え、かつ、高密度記録情報の再
生が容易に行える情報媒体と、この媒体に記録された情
報を再生する方法と、この方法を利用する情報再生装置
とを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、下記（１）
〜（４）の本発明により達成される。 （１） 結晶状態、結晶相または構成物質の相違が、表
面電位または表面電荷密度の相違として読み出されるこ
とにより、記録情報の読み出しが行われる情報媒体。 （２） 結晶状態、結晶相または構成物質の相違を、表
面電位または表面電荷密度の相違として読み出すことに
より、記録情報の読み出しを行う情報再生方法。 （３） 相変化型記録媒体に対し適用され、結晶質部と
非晶質部との相違を、表面電位または表面電荷密度の相
違として読み出すことにより、記録情報の読み出しを行
う上記（２）の情報再生方法。 （４） 結晶状態、結晶相または構成物質の相違を、表
面電位または表面電荷密度の相違として読み出す手段を
有する情報再生装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明では、結晶状態、結晶相ま
たは構成物質の異なる領域が記録マークとなるように情
報記録を行い、結晶状態、結晶相または構成物質の相違
を、表面電位の相違として読み出すことにより、記録情
報の再生を行う。構成物質が異なれば仕事関数は異な
り、また、構成物質が同じであっても、結晶状態または
結晶相が異なれば仕事関数は異なる。仕事関数が異なれ
ば表面電位が異なるので、本発明による読み出しが可能
である。
【００１１】本発明が適用される情報媒体としては、例
えば相変化型記録媒体が挙げられる。
【００１２】相変化型記録媒体は、光記録媒体として知
られており、非晶質と結晶質との間の反射率の相違を記
録情報パターンとして利用する媒体である。相変化型記
録媒体では、非晶質と結晶質との間で反射率の差だけで
なく仕事関数の相違が生じる。ただし、仕事関数が異な
る領域を記録マークとして、これを読み出す方法は、特
開平１０−３２０８６５号公報に記載されている。しか
し、同公報に記載された方法では、媒体にレーザー光や
電子ビームを入射させ、非晶質部と結晶質部それぞれの
仕事関数に応じて放出される放出電子の量、または放出
電子のエネルギー分布を検出することにより、再生を行
う。したがって、この方法は本発明法とは異なる。しか
も、この方法では、媒体から放出された電子を検出する
ためのプローブに加え、媒体から電子を放出させる手段
が必要であり、再生装置の構成が複雑となってしまう。
【００１３】また、特開平８−２１２６０４号公報に
は、相変化型記録媒体において、非晶質と結晶質との間
の電気抵抗の相違を利用して情報の読み出しを行う方法
が記載されている。同公報に記載された方法では、白金
薄膜等の導電性基体上に相変化材料膜を形成した媒体を
用い、かつ、再生時に相変化材料膜に導電性探針を接触
させる必要がある。したがって、媒体構造の制約が大き
く、また、高速かつ信頼性の高い再生は不可能である。
【００１４】これに対し、本発明において相変化型記録
媒体を用いる際には、非晶質と結晶質との間での仕事関
数の相違を、表面電位の相違に変換して読み出す。この
読み出しの際には、媒体は電気的に浮いた状態でよい。
すなわち、導電性膜を設ける必要がなく、樹脂基体上に
相変化材料膜を設けた通常の媒体構成を、そのまま利用
できる。また、読み出しの際に導電性プローブを媒体に
接触させる必要がないので、高速かつ信頼性の高い読み
出しが行える。仕事関数の相違を表面電位の相違に変換
して読み出すためには、例えばＳＰＭにおいてそのよう
な機能を実現するモード、例えば表面電位顕微鏡モード
を利用すればよい。
【００１５】相変化型記録媒体の相変化材料膜は、通
常、導電性をもつので、非晶質領域と結晶質領域とでほ
ぼ同じ電位となっているが、例えばＳＰＭの表面電位顕
微鏡モードを利用することにより、それぞれの領域の仕
事関数の違いを表面電位差として読み出すことが可能と
なる。すなわち、本発明では、帯電させるなどしてあら
かじめ表面電位差を設ける必要がなく、この点が、前記
特開平１０−１７２１８７号公報記載の発明と異なる。
本発明において測定される表面電位は、非晶質（記録マ
ーク）において高くなり、結晶質において低くなる。
【００１６】相変化型記録媒体において、レーザービー
ムで記録を行う場合、レーザービームスポットの径方向
においてエネルギーが正規分布しているため、スポット
中央付近だけを記録マーク形成に利用することにより、
回折限界を超える微小な記録マークを形成できる。再生
時には、前記した回折限界により再生可能な記録マーク
長に制限が生じるので、記録時と同じ波長のレーザービ
ームを用いても、前記微小な記録マークは再生できな
い。これに対し、本発明では、記録マーク存在パターン
を表面電位分布パターンとして検出するので、微小な記
録マークの存在や、微小な記録マーク両端の位置を明瞭
に検出することができる。
【００１７】このように本発明を適用すれば、安価に量
産できる相変化型記録媒体を利用して、高密度記録情報
の再生を容易に行うことができる。
【００１８】なお、本発明で利用可能な相変化型材料は
特に限定されず、例えば、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系組成やＩ
ｎ−Ａｇ−Ｔｅ−Ｓｂ系組成などのいずれであってもよ
い。
【００１９】Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ系組成としては、構成元
素の原子比を 式Ｉ ＧｅaＳｂbＴｅ1-a-b で表わしたとき、好ましくは ０．０８≦ａ≦０．３５、 ０．１２≦ｂ≦０．４０ であり、より好ましくは ０．０８≦ａ≦０．２５、 ０．２０≦ｂ≦０．４０ である。また、Ｉｎ−Ａｇ−Ｔｅ−Ｓｂ系組成として
は、構成元素の原子比を 式II （ＡｇaＩｎbＳｂcＴｅd）Ｍe で表したとき、好ましくは ａ＝０．０２〜０．２０、 ｂ＝０．０２〜０．２０、 ｃ＝０．３５〜０．８０、 ｄ＝０．０８〜０．４０ であり、より好ましくは ａ＝０．０２〜０．１０、 ｂ＝０．０２〜０．１０、 ｃ＝０．５０〜０．７５、 ｄ＝０．１０〜０．３５ ｅ＝０〜０．１０ である。なお、元素Ｍは、Ｈ、Ｓｉ、Ｃ、Ｖ、Ｗ、Ｔ
ａ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂおよび
Ｙから選択される少なくとも１種の元素である。
【００２０】磁気記録材料で問題となる微小な記録マー
クの熱的安定性に関しては、相変化型記録媒体では室温
での熱安定性は十分である。
【００２１】本発明では、相変化型記録媒体のほか、結
晶質−結晶質間の相転移による表面電位の変化を利用す
ることもできる。例えば、ある結晶相から他の結晶相へ
の転移に伴って仕事関数が変化する物質を記録材料とし
て用い、前記他の結晶相へ転移させた領域を記録マーク
として利用する。この場合に用いる記録材料は特に限定
されないが、相転移が比較的速く進行する物質が好まし
く、例えば形状記憶合金として利用される組成系の合金
などを利用できる。また、このほか、金属系以外の無機
材料や、有機材料においても、一次相転移による仕事関
数の変化を利用できる。
【００２２】また、本発明では、構成物質の相違による
表面電位の相違を利用することもできる。例えば、誘電
体からなるマトリックス中に、金属の微粒子を所定のパ
ターンに配列させて記録マークとした媒体や、母相合金
中に過飽和に固溶された元素を、適度な熱処理により所
定のパターン状に整列して析出させることにより記録マ
ークとした媒体についても、本発明が適用可能である。
これらの媒体は熱力学的に安定なので、高温に放置して
も安定である。
【００２３】以上では、結晶状態、結晶相または構成物
質の相違を利用して形成された情報記録パターンを、表
面電位の相違として読み出す方法について説明したが、
本発明には、情報記録パターンを表面電荷密度の相違と
して読み出す方法も包含される。
【００２４】本明細書において表面電荷密度の相違を読
み出すとは、導電性プローブと媒体表面との間に形成さ
れるコンデンサの静電容量またはその変化量を測定する
ことにより、媒体表面における結晶状態、結晶相または
構成物質の相違の分布パターンを読み出すことを意味す
る。静電容量またはその変化量の測定に際しては、導電
性プローブと媒体表面との間に、必要に応じて電圧を印
加する。
【００２５】導電性プローブとの間に電圧を印加したと
きに媒体表面に誘起される電荷量が、結晶状態、結晶相
または構成物質の相違によって異なるのであれば、静電
容量測定による情報再生が可能である。また、結晶状
態、結晶相または構成物質の相違によって仕事関数が異
なるのであれば、電圧を印加しなくても、導電性プロー
ブと対向したときに誘起される表面電荷密度が異なる。
したがって、導電性プローブと媒体表面との距離を適切
に設定すれば、電圧を印加しなくても導電性プローブ表
面には仕事関数に応じた量の電荷が誘起される。そのた
め、電圧印加を行うことなく静電容量測定による情報再
生が可能である。なお、電圧を印加しない状態において
記録マークの表面電荷密度が異なる場合であっても、電
圧印加時にも表面電荷密度が異なるのであれば、電圧を
印加して静電容量を測定してよい。
【００２６】静電容量の変化量は、導電性プローブを媒
体上で移動させ、これに伴って生じる電流を検出するこ
とにより測定できる。記録マークとそのほかの領域とで
表面電荷密度が異なれば、導電性プローブがどちらの上
に位置するかによって導電性プローブ表面に誘起される
電荷量が異なる。そこで、導電性プローブを媒体表面に
対しほぼ一定の速度で相対的に移動させれば、誘起され
る電荷量が記録マークの端部において変化するので、導
電性プローブに電流が流れる。したがって、この電流を
検出することにより記録マーク端を検出することができ
る。
【００２７】表面電荷密度の相違による情報再生を行う
場合、媒体に導電膜を設ける必要がなく、また、導電性
プローブを媒体表面に接触させる必要もない。
【００２８】本発明の情報再生方法を利用するに際し、
媒体の記録材料中において記録マークとなる相や物質の
寸法は、ナノメートルオーダーで制御することが可能で
あり、一方、表面電位差等の読み出しもナノメートルオ
ーダーで可能である。
【００２９】また、相の組み合わせや物質の組み合わせ
を適切に選択することにより、読み出し時の表面電位差
または表面電荷密度差を大きくすることができる。これ
らの差が大きければ、記録マークを極めて微小な寸法と
した場合でも、高い信号雑音比が得られる。
【００３０】また、同一媒体内に３種以上の相や物質を
存在させれば、これらの間での仕事関数などの相違に対
応して、３値以上の多値記録およびその再生が可能であ
る。
【００３１】本発明で用いる再生装置は、媒体の結晶状
態、結晶相または構成物質の相違を表面電位または表面
電荷密度の相違として読み出す手段、例えば、媒体の仕
事関数分布を表面電位分布に変換して読み出す手段を有
するものであればよく、そのほかの構成は特に限定され
ない。ただし、特に表面電位の相違を読み出すために
は、前記した走査型プローブ顕微鏡（SPM）の構成を利
用することが好ましい。ＳＰＭに、例えば導電性のプロ
ーブと適当な検出モジュールとを搭載すれば、媒体最表
面の仕事関数分布を表面電位分布に変換して読み出すこ
とができる。そして、得られた分布パターンを適切に処
理することにより、記録情報を再生できる。
【００３２】また、ＳＰＭの構成を利用した再生装置の
ほか、浮上型ヘッドの構成を利用する再生装置も使用で
きる。この場合、浮上型ヘッドには、上記各種分布を読
み出すことが可能なプローブだけを搭載すればよい。表
面電位の相違および表面電荷密度の相違のいずれを検出
する場合でも、導電性プローブなどを備える浮上型ヘッ
ドの浮上量（媒体表面からの高さ）は、ほぼ一定に制御
されていればよい。そのため本発明で用いる再生装置で
は、磁気ディスク装置などに用いられる通常の浮上型ヘ
ッドの構造を利用できる。したがって本発明で用いる再
生装置は、構造が簡単で安価に製造でき、しかも、磁気
ディスク装置のようにデータ転送レートを著しく高くす
ることができる。
【００３３】なお、媒体表面の凹凸により浮上型ヘッド
の浮上量が影響を受けた場合、再生信号出力が変動する
ことになる。しかし、媒体厚さの不均一性などに起因す
る浮上量の変動は、再生信号周波数と比較して低周波と
なるので、実質的に再生信号に対するノイズとはなり得
ない。
【００３４】
【実施例】実施例１ Ｉｎ−Ａｇ−Ｔｅ−Ｓｂ系組成の記録層を有する相変化
型記録ディスク（ＣＤ−ＲＷディスク）に対し、ＣＤ−
ＲＷ駆動装置により信号記録を行った。
【００３５】次いで、記録層上に存在する誘電体層、反
射層および樹脂保護層を剥離して、記録層表面を露出さ
せた。その状態で、Digital Instruments社製Ｄ３１０
０ＳＰＭ観測システムを表面電位顕微鏡モード仕様で用
いて、表面電位分布パターンを画像化した。結果を図１
に示す。
【００３６】また、記録後の相変化型記録ディスクの記
録層だけを取り出し、透過型電子顕微鏡写真を撮影し
た。この写真を図２に示す。
【００３７】図１では、明度の高い領域が表面電位の高
い領域である。図２では、明度が低く結晶粒の認められ
ない領域が非晶質記録マークである。図１と図２との比
較から、表面電位の高い領域が非晶質記録マークとほぼ
完全に一致していることがわかる。この結果から、相変
化型記録媒体の表面電位をＳＰＭで測定することによ
り、記録マークに対応した形状の表面電位分布パターン
が高コントラストで得られることがわかる。
【００３８】このディスクにおいて得られた記録マーク
とその他の領域との表面電位差は、図４に示すように約
５０mVであった。図４は、図３に示す記録マーク配列パ
ターンにおいて、白線に沿って配列する記録マーク列を
再生したときに得られた信号パターンである。なお、図
３は、図１と同様にＳＰＭによって得られた表面電位分
布パターンである。
【００３９】実施例２ 実施例１で用いた記録済みのディスクについて、記録マ
ークにおける静電容量と記録マーク以外の領域における
静電容量とを測定し、その差を求めた。測定には静電容
量検出回路を用い、プローブと記録層表面との距離は１
０nmとした。この測定の結果、静電容量差は３×１０
-10μFであった。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、簡易な手段で高密度な
情報記録が行え、かつ、高密度記録情報の再生が容易に
行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶構造を示す図面代用写真であって、相変化
型記録ディスクの記録層の表面電位分布を示すＳＰＭ像
である。
【図２】結晶構造を示す図面代用写真であって、相変化
型記録ディスクの記録層の透過型電子顕微鏡写真であ
る。
【図３】相変化型記録ディスクの記録層に形成された記
録マークの配列パターンを表面電位分布により示すＳＰ
Ｍ像である。
【図４】図３に示す記録マーク配列パターンにおいて、
白線に沿って配列する記録マーク列を再生したときに得
られた信号パターンである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 結晶状態、結晶相または構成物質の相違
    が、表面電位または表面電荷密度の相違として読み出さ
    れることにより、記録情報の読み出しが行われる情報媒
    体。
  2. 【請求項２】 結晶状態、結晶相または構成物質の相違
    を、表面電位または表面電荷密度の相違として読み出す
    ことにより、記録情報の読み出しを行う情報再生方法。
  3. 【請求項３】 相変化型記録媒体に対し適用され、結晶
    質部と非晶質部との相違を、表面電位または表面電荷密
    度の相違として読み出すことにより、記録情報の読み出
    しを行う請求項２の情報再生方法。
  4. 【請求項４】 結晶状態、結晶相または構成物質の相違
    を、表面電位または表面電荷密度の相違として読み出す
    手段を有する情報再生装置。
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