JP2001184620A - 記録媒体および記録媒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、情報記録能を有する粒子を
孤立化して存在すると同時に前記粒子からなる膜中の欠
陥が少なくして、記録密度を高くすることができると同
時に媒体ノイズを抑えることが可能となる記録媒体およ
びその製造方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明の記録媒体は、基板１と、前記基
板１上に形成された情報記録能を有する複数の粒子３が
互いに離間して存在する単粒子層２を備え、前記基板１
は表面に第１の極性基４を有し、また前記粒子３は表面
に第１の極性基４と親和性を示す第２の極性基５を備え
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体および記
録媒体の製造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報化社会において、増大の一途
を辿る情報量に対応した、従来から飛躍的に記録録密度
の高い記録・再生方法や、それに基づく記録・再生装置
及び記録媒体の出現が待望されている。それに伴い、そ
れらの記録・再生装置及び記録媒体において情報を書き
込む単位である記録セルの微小化への対応が要求されて
いる。

【０００３】しかしながら、上記記録・再生装置及び記
録媒体において、記録セルの微小化への対応は現在のと
ころ様々な困難を伴っている。

【０００４】例えば、磁気記録媒体を用いた磁気記録の
場合、記録層には粒度分布の広い多結晶体を用いてい
る。しかし結晶の熱揺らぎのため、小さい多結晶体では
記録が不安定となる。記録セルが大きい場合は問題ない
が、記録セルが小さいと記録の不安定性やノイズの増大
が生じてしまう。これは記録セルに含まれる結晶粒の数
が少なくなるためでありまた、記録セル間の相互作用が
相対的に大きくなることも要因となる。

【０００５】また、相変化媒体を用いた光記録において
も状況は同様であり、記録セルサイズが相変化媒体の結
晶サイズと同程度となる１インチ平方当たり数百ギガビ
ツト以上の記録密度では記録が不安定になると共に媒体
ノイズが大きくなる。

【０００６】この問題を回避するため、大きさのそろっ
た磁性粒子を基板上で孤立化することにより媒体ノイズ
を低減した磁気記録媒体が提案されている（Ｓ．Ｙ．Ｃ
ｈｏｕ，ｅｔ．ａｌ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７６
（１９９４），ｐｐ６６７３−６６７５）。

【０００７】このような磁性粒子が孤立化した構造の磁
気記録媒体の製造方法としては、半導体素子作成技術の
応用が考えられるが加工サイズ、加工コストの点で実現
性は乏しい。

【０００８】これに対して例えば特開平１０−２０７７
２号公報には、基板上に二次元に配列した直径数ナノメ
ートルから数マイクロメートルの微粒子をマスクとして
用い、リソグラフィ技術を用いて基板上に磁性微粒子が
孤立化した磁気記録媒体を作成する方法が開示されてい
る。また、微粒子を基板上に二次元的に配列させる方法
としては、長鎖アルキル基で被覆した微粒子を基板上に
塗布して、乾燥時の微粒子間の自己凝集を利用して大面
積で比較的均一な単粒子層を得る方法が報告されている
（Ｓ．Ｈｕｎｇ，ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．，３８（１９９９）ｐｐ．Ｌ４７３−Ｌ
４７６）。

【０００９】しかしながら、上記のように基板上に微粒
子を二次元的に配列させる際に微粒子の自己集合力を利
用しただけの成膜方法では、ミクロには微粒子が格子状
に配列した構造が得られるが、マクロには微粒子が存在
しない欠陥が数多く存在し、媒体ノイズの原因になって
いた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情を考
慮してなされたものであり、その目的とするところは、
情報記録能を有する粒子を孤立化して存在せしめると同
時に記粒子からなる膜中の欠陥を少なくして、記録密度
を高くすることができ、かつ媒体ノイズを抑えることが
可能となる記録媒体および記録媒体の製造方法を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、前記
基板上に形成された情報記録能を有する複数の粒子が互
いに離間して存在する単粒子層を備える記録媒体におい
て、前記基板はその表面に第１の極性基を有し、前記粒
子はその表面に化学的に結合している第２の極性基に被
覆されており、かつ前記第２の極性基は第１の極性基と
親和性を示すことを特徴とする記録媒体である。

【００１２】すなわち本発明の記録媒体は、情報記録能
を有する複数の粒子が基板上に孤立化して存在している
と同時に、前記基板は表面に第１の極性基を有し、前記
粒子は第１の極性基と親和性を示し、前記粒子と化学的
に結合した第２の極性基を備える。それにより第１の極
性基と第２の極性基との相互作用により基板と粒子が互
いに親和性を持ち、単粒子層、すなわち粒子が２次元１
層に配置された層を形成する場合に粒子が存在しない欠
陥を大幅に低減できる。また、そのような構造を安定に
保つことができる。したがって、記録密度を高くするこ
とができると同時に媒体ノイズを抑えることが可能とな
る。

【００１３】また本発明は、第１の極性基を有する基板
上に、前記第１の極性基と親和性を有する第２の極性基
と化学的に結合し、かつ前記第２の極性基に被覆されて
なる粒子からなる単粒子層を形成する成膜工程を有する
ことを特徴とする記録媒体の製造方法である。

【００１４】この場合第２の極性基の存在により粒子が
孤立化すると同時に、第１の極性基と第２の極性基との
相互作用により基板と粒子が互いに親和性を持ち、前記
単粒子層を形成する場合に粒子が存在しない欠陥を大幅
に低減できる。したがって、記録密度を高くすることが
できると同時に媒体ノイズを抑えることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の記録媒体の概略を示す断
面図を図１に示す。

【００１６】基板１には、情報が書き込まれる記録層２
が積層されている。記録層２は情報記録能を有する複数
の粒子３が互いに離間して存在する単粒子層である。す
なわち粒子３が１層で２次元的に配置されている。それ
により基板１上の粒子３を微小化して記録ビットを微小
化せしめても媒体ノイズが低減された記録媒体とするこ
とができる。

【００１７】なお、本発明において基板１とは粒子３が
存在する層の下地となる層を示すものである。

【００１８】粒子３は、記録媒体のノイズを低減するた
めにすべての粒子３が離間して存在することが理想では
あるが、不可避的に一部接触したものが存在していても
良い。

【００１９】情報記録能を有する粒子３は、一般に記録
媒体の記録層に用いられる情報記録能を有する材料から
なるものであれば何であっても良い。例えば当該記録媒
体が磁気記録媒体であるなら磁性体、相変化光記録媒体
であるなら相変化材料からなるもの、電荷記録媒体であ
るなら電荷記録材料からなるもの、あるいは光学的な変
化を利用して記録・再生が行われる半導体材料等が挙げ
られる。

【００２０】粒子３の大きさは、小さければ小さいほど
記録密度が増大できるため望ましい。具体的には１〜２
０ｎｍの範囲であることが望ましい。特に本発明におい
ては、粒子３間が孤立化しノイズが低減されているた
め、粒子径を小さくして記録密度を増大させることがで
きる。

【００２１】基板１は表面に第１の極性基４を有し、ま
た粒子３はその表面に第１の極性基と親和性を示す第２
の極性基５を備えている。

【００２２】ここで「親和性を示す」とは両者の間が化
学的な結合若しくは会合した方がエネルギー的に安定し
ているという関係であることを示す。

【００２３】本発明の記録媒体においては粒子３間の親
和力よりも粒子３と基板１間の親和力が強いことが好ま
しい。

【００２４】本発明の記録媒体においては前記第１の極
性基４と第２の極性基５とは下記に示す（イ）〜（ハ）
に示す少なくとも１つの関係を満たすことが望ましい。 （イ）第１の極性基と前記第２の極性基とは互いに逆符
号の電荷を帯びている。 （ロ）前記第１の極性基と前記第２の極性基とは化学反
応を起こす。 （ハ）前記第１の極性基と前記第２の極性基との間に水
素結合を生成する。

【００２５】上記（イ）の如く第１の極性基と第２の極
性基が逆符号の電荷を帯びている関係にあると、粒子と
基板間の親和力が増し、かつ粒子間には反発力が働くた
め単粒子層が容易に得られやすく、かつ欠陥を少なくす
ることができる。

【００２６】プラス電荷を帯びているか、もしくは帯び
やすい極性基としては、例えばアミノ基、４級アンモニ
ウム基がある。マイナス電荷を帯びているか、もしくは
帯びやすい極性基としては、例えばカルボキシル基、ス
ルホン酸基、フェノール基、水酸基およびこれらのイオ
ンがある。

【００２７】上記（ロ）の如く第１の極性基と第２の極
性基が化学反応を起こす関係にある場合には、基板と粒
子間に強固な結合が生じ、やはり欠陥密度を低減でき
る。

【００２８】このような極性基の組み合わせとしては、
例えばカルボキシル基とアルコール性水酸基、カルボキ
シル基とアミノ基、カルボン酸ハライドと水産基、カル
ボン酸ハライドとアミノ基、カルボン酸ハライドとチオ
ール基の組み合わせがある。

【００２９】上記（ハ）の如く第１の極性基と第２の極
性基が水素結合を生成することによっても欠陥を低減で
きる。この場合には極性基問の相互作用はそれほど大き
くないため、アニール等によって欠陥部を自己修復しや
すい。このような極性基の組み合わせとしては、例えば
カルボキシル基同士、水酸基同士、アミド基同士、ウレ
タン基同士、水酸基とアミド基、水酸基とエステル基の
組み合わせがある。

【００３０】本発明の記録媒体は例えば以下３種の方法
で製造することができる。

【００３１】第１の方法は、第１の極性基を有する基板
上に、前記第１の極性基と親和性を有する第２の極性基
と化学的に結合し、かつ前記第２の極性基に被覆されて
なる、情報記録能を有する粒子からなる単粒子層を形成
する成膜工程を行うことにより記録媒体を得るものであ
る。

【００３２】第２の方法は、まず第１の極性基を有する
基板上に前記第１の極性基と親和性を有する第２の極性
基と化学的に結合し、かつ前記第２の極性基に被覆され
てなる粒子からなる単粒子層を形成する成膜工程を行
う。次に基板表面からマスク材を付着させる工程と、前
記基板表面から粒子を除去する工程を行う。前記基板の
除去された粒子に対応する位置をエッチングにより穿孔
して前記穿孔に情報記録能を有する材料を充填する工程
を行うことにより記録媒体を得るものである。

【００３３】第３の方法は、まず第１の極性基を有する
基板上に前記第１の極性基と親和性を有する第２の極性
基と化学的に結合し、かつ前記第２の極性基に被覆され
てなる粒子からなる単粒子層を形成する成膜工程を行
う。次に前記基板表面の粒子の存在しない位置をエッチ
ングにより穿孔して前記粒子が配列された位置と対応し
て円柱の配列された構造物を形成する工程と、前記構造
物表面から粒子を除去する工程と、前記粒子が除去され
た前記構造物を原版として前記円柱に対応する位置に穿
孔を有する基板を形成する工程と、前記穿孔に情報記録
能を有する材料を充填する工程を行うことにより記録媒
体を得るものである。

【００３４】上記第１〜第３の方法において用いる粒子
は、第１の方法においては粒子のコア部分が情報記録能
を有する材料であるものを用いることが必要であるが、
第２及び第３の方法においてはコア部分が情報記録能を
有する材料に限られず、例えば、シリカ粒子、金属酸化
物粒子、ポリマー粒子、金属粒子などを用いることがで
きる。

【００３５】本発明の製造方法において用いる第２の極
性基で被覆された粒子は種々の方法で作成させたものを
用いることができる。粒子の材質によっては極性基をそ
れ自身が持つものを用いても良いが、粒子が孤立化した
記録媒体を作成するという目的からすれば、例えば粒子
に親和性のある極性基を有する化合物、すなわち粒子に
親和性のある極性基を有する低分子化合物あるいは同高
分子化合物で被覆してなるものが好ましい。

【００３６】前記低分子化合物の骨格としては直鎖状の
長鎖アルキル鎖、分岐した長鎖アルキル鎖、芳香族骨
格、分岐した芳香族骨格などがある。熱アニール等によ
って欠陥が極めて少ない単粒子層を得るためには長鎖ア
ルキル鎖であることが好ましく、粒子間の間隔を厳密に
制御する場合には堅い芳香族骨格であるが好ましい。

【００３７】粒子を被覆する化合物としては、例えば粒
子がイオウと親和性のある貴金属粒子である場合には末
端に極性を有するイオウ化合物からなる低分子化合物が
望ましい。

【００３８】また、粒子を被覆する化合物としては、例
えば粒子がシリカゲルやアルミナ、チタニアなどの酸化
物粒子である場合には、粒子は酸化物の水酸基で覆われ
ているため、それに吸着しやすい低分子化合物が相応し
い。例えば粒子がチタニアの場合では末端に極性基を有
するカルボン酸化合物が好ましい。粒子がニッケルやコ
バルトなど磁性体粒子などでは遷移金属と配位結合しや
すい、末端に極性基を有するリン化合物が好ましい。

【００３９】また、粒子を被覆する化合物としては、例
えば粒子がポリスチレン粒子などの有機粒子である場合
には極性基を有するモノマーを用い粒子にグラフト重合
することが好ましい。

【００４０】本発明の製造方法において用いる第１の極
性基を有する基板は種々のものを用いることができる。
基板上の極性基としては基板の材質自体に基づくものを
用いてもよいし、基板に別の化合物を化学結合もしくは
物理的に吸着して用いてもよい。特にＬａｎｇｍｕｉｒ
−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法などの方法を用いて極性基を形成
することも有効である。

【００４１】本発明の製造方法において、第１の極性基
を有する基板上に前記第１の極性基と親和性を有する第
２の極性基で被覆された粒子からなる単粒子層を形成す
るには、前記粒子を溶液中で基板上に吸着させる工程、
もしくは前記粒子を分散した溶液を基板に例えばスプレ
ーや回転塗布等の方法で塗布することにより行うことが
できる。

【００４２】前記粒子と前記基板は親和性が生じている
ため溶液中では、吸着により基板に密に膜が形成され
る。そして余分の粒子は溶媒で洗うことにより簡単に除
去でき、欠陥の少ない単粒子層が大面積で製膜できる。
ただし、基板を溶液に漬けるには多量の溶液が必要であ
るので、回転塗布したりスプレーしたりして製膜するこ
とできる。

【００４３】前記粒子からなる単粒子層が形成された後
は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等で粒子を若干
削って、粒子間隔を開ける工程を行うことが望ましい。

【００４４】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。 ［実施例１］図２に本実施例で示す記録媒体１０の断面
図を示した。

【００４５】光学研磨された直径１２０ｍｍ、厚さ１．
２ｍｍのガラスディスク１１上に電極層１２としてアル
ミニウム層を５００ｎｍの膜厚で蒸着した。次に陽極酸
化により絶縁性無機物層（基板）１３として酸化アルミ
ニウム層を５ｎｍの膜厚で作成した。酸化アルミニウム
層の表面には極性基であるＡｌ−ＯＨ結合が形成されて
いる。

【００４６】次に、情報記録能を有する粒子である粒径
１０ｎｍの金微粒子の表面を、エタノール中で化学式
（１）及び化学式（２）で示される化合物の等重量混合
物で被覆する処理を施して、粒子表面をカルボキシル基
で覆い被覆金微粒子１４を得た。

【化１】

【化２】 Ａｌに結合したＯＨ基とカルボキシル基には強い親和性
がある。（この親和性とは（イ）、（ロ）、（ハ）のす
べての関係を満たすが主に（ロ）の関係にある。） 上記被覆金微粒子１４をエタノールに分散して分散液を
得、分散液中に上記ディスクを１０分間浸けた後、取り
出し、エタノールで洗浄して余分の微粒子を除去した。

【００４７】乾燥後、得られた微粒子層１５をＡＦＭで
観測したところ、一面に被覆金微粒子の単粒子層が１層
製膜されており、微粒子がない欠陥はほとんど見られな
かった。次に絶縁性の保護層１６として酸化シリコンを
膜厚１０ｎｍでスパッタ製膜した。さらにその上に潤滑
剤層を作成し記録媒体１０を得た。

【００４８】この記録媒体を用いて図３で示す記録再生
装置２０で記録再生の実験を行った。図３（ａ）に示す
ように記録媒体２１はモーター２２により回転する様設
置されている。記録媒体２１表面付近には記録および読
み出しのためのヘツド２３が設置されている。このヘッ
ド２３は図３（ｂ）に示すようにスライダ部３１、電圧
を印可するための直径５０ｎｍの微小電極３２、および
電荷を読み出すための微小ＦＥＴセンサー３３からな
る。

【００４９】記録媒体２１を４０００ｒｐｍで回転させ
ながら微小電極３２と記録媒体の電極層との間に高電圧
をパルス状に印可して被覆金微粒子の金微粒子に電子を
注入して、電荷による記録をした。

【００５０】次に記録時と同様に４０００ｒｐｍで回転
させながら微小ＦＥＴセンサー３３で電荷の存在を電界
強度の変化で読みだした。１インチ平方当たり２５０ギ
ガビットの信号がＣＮ比３０ｄＢで読み出すことができ
十分なコントラストが得られた。

【００５１】さらに微小電極３２と記録媒体の電極層と
の間に逆電圧を印可することにより記録を消去すること
ができた。 ［比較例１］化合物（１）及び化学式（２）で示される
化合物の等重量混合物を用いる代わりに化合物（２）の
みを用いることを除いては実施例１と同様にして記録媒
体を作成した。粒子表面は極性基のないアルキル基で覆
った。（Ａｌに結合したＯＨ基とアルキル基との間の親
和性はほとんどない。） 得られた微粒子層をＡＦＭで観測したところ一面に被覆
金微粒子の単粒子層が１層製膜されているが、微粒子が
ない欠陥は所々に観測された。

【００５２】この記録媒体を用いて実施例１と同様の記
録再生装置で記録再生実験を行った。記録媒体を４００
０ｒｐｍで回転させながら微小電極と記録媒体の電極層
との間に高電圧をパルス状に印可して被覆金微粒子に電
子を注入して、電荷による記録をした。

【００５３】次に記録時と同様に４０００ｒｐｍで回転
させながらＦＥＴセンサーで電荷の存在を電界強度の変
化で読みだした。１インチ平方当たり２５０ギガビツト
の信号がＣＮ比１５ｄＢでしか読み出すことができず十
分なコントラストが得られなかった。 ［実施例２］図４に本実施例で示す記録媒体４０の断面
図を示した。

【００５４】シリコンウエハ４１の表面に電極層４２と
してクロムと金を真空蒸着によりそれぞれ１０ｎｍと５
０ｎｍ積層し、その表面に基板４３として酸化シリコン
をスパッタ蒸着法で１００ｎｍ積層した。酸化シリコン
層表面には極性基であるＳｉ−ＯＨ結合が形成されてい
る。

【００５５】つぎにＳｉ−ＯＨと親和性のある（この親
和性とは（イ）、（ロ）、（ハ）のすべての関係を満た
すが主に（ロ）の関係にある。）アミノ基で覆われた直
径４０ｎｍのポリスチレン微粒子の水分散液に上記ウエ
ハを１０分間漬けた後、余分の微粒子を水で洗って除去
した。

【００５６】乾燥後、得られた微粒子層をＡＦＭで観測
したところ、一面にポリスチレン微粒子の単粒子層が１
層製膜されており、微粒子がない欠陥はほとんど見られ
なかった。

【００５７】次にＲＩＥで微粒子表面を１０ｎｍエッチ
ングして微粒子間の間隔を開けた後、マスク材として白
金をスパッタ蒸着法で１０ｎｍ積層する。その後、トル
エン中で超音波処理することにより微粒子を除去し、微
粒子があったところだけ基板４３が表面に出ていて他の
表面はマスク材により覆われた表面を得た。前記基板４
３の除去された微粒子に対応する位置をフッ化炭素を用
いたＲＩＥで電極層４２に達するまで１００ｎｍ異方性
エッチングし、直径２０ｎｍ、深さ１００ｎｍの円筒状
の穴を作成した。その後、電極４２を電極として電気メ
ッキにより、情報記録能を有する材料としてニッケルか
らなる磁性体４４を円筒状の穴の中に埋め込むことによ
り、４０ｎｍ間隔で配列した直径２０ｎｍ、深さ１００
ｎｍの磁性体４４が孤立された記録媒体を作成した。

【００５８】得られた記録媒体は磁性体のない欠陥はほ
とんど観測されなかった。 ［比較例２］アミノ基で覆われたポリスチレン微粒子を
用いる代わりに、アミノ基のないポリスチレン微粒子を
用いることを除いては実施例２と同様にして記録媒体を
作成した。

【００５９】得られた微粒子層をＡＦＭで観測したとこ
ろ、一面にポリスチレン微粒子の単粒子層が１層製膜さ
れているが、微粒子がない欠陥は所々に観測された。

【００６０】またこれをマスクにして実施例２と同様に
して得られた磁性体が孤立された記録媒体においても磁
性体がない欠陥が所々に観測された。

【００６１】また得られた記録媒体は実施例２の記録媒
体よりノイズが多かった。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る記録
媒体および記録媒体の製造方法において、情報記録能を
有する粒子を孤立化して存在すると同時に前記粒子から
なる膜中の欠陥が少なくして、記録密度を高くすること
ができると同時に媒体ノイズを抑えることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の記録媒体の概略を示す断面図。

【図２】 実施例１で示す記録媒体の断面図。

【図３】 実施例１で示す記録再生装置の概略図。

【図４】 実施例２で示す記録媒体の断面図。

【符号の説明】

１…基板 ２…記録層 ３…粒子 ４…第１の極性基 ５…第２の極性基 １０…記録媒体 １１…ガラスディスク １２…電極層 １３…基板 １４…被覆金微粒子 １５…微粒子層 １６…保護層 ２０…記録再生装置 ２１…記録媒体 ２２…モーター ２３…ヘツド ３１…スライダ部 ３２…微小電極 ３３…微小ＦＥＴセンサー ４１…シリコンウエハ ４２…電極層 ４３…基板 ４４…磁性体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、前記基板上に形成された情報記
   録能を有する複数の粒子が互いに離間して存在する単粒
   子層を備える記録媒体において、前記基板はその表面に
   第１の極性基を有し、前記粒子はその表面に化学的に結
   合している第２の極性基に被覆されており、かつ前記第
   ２の極性基は第１の極性基と親和性を示すことを特徴と
   する記録媒体。
2. 【請求項２】 前記第１の極性基と第２の極性基とは
   （イ）〜（ハ）に示す少なくとも１つの関係を満たすこ
   とを特徴とする請求項１記載の記録媒体。 （イ）第１の極性基と前記第２の極性基とは互いに逆符
   号の電荷を帯びている。 （ロ） 前記第１の極性基と前記第２の極性基とは化学
   反応を起こす。 （ハ）前記第１の極性基と前記第２の極性基との間に水
   素結合を生成する。
3. 【請求項３】 第１の極性基を有する基板上に、前記第
   １の極性基と親和性を有する第２の極性基と化学的に結
   合し、かつ前記第２の極性基に被覆されてなる粒子から
   なる単粒子層を形成する成膜工程を有することを特徴と
   する記録媒体の製造方法。