JP2001344836A - 強誘電体メモリおよび光情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強誘電体材料内の分極方向を非接触で検知す
る。 【解決手段】 強誘電体結晶１と液晶２を密着配置し、
レーザー光３を照射することにより強誘電体結晶１の表
面に焦電電圧を励起し、この電圧により液晶２の配向方
向を変化させ反射光５の強度を変化し、結果として強誘
電体結晶１内の任意の領域の分極方向４を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分極方向検知方法
および分極方向検知方法を用いた情報読み出し装置に関
し、焦電効果を有する強誘電体材料と焦電電界により分
子配向が変化する材料とを密着させ、強誘電体材料にレ
ーザー光を照射することにより、強誘電体材料内の分極
方向を検知する強誘電体メモリおよび光情報処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電体材料は絶縁性と高誘電率を有す
る他に、自発分極の反転という現象を生じる。この分極
反転現象を利用して情報を蓄積・読み出しを行うという
試みがなされており、これらは一般に強誘電体メモリと
称されている。強誘電体メモリのようなデータ蓄積・読
み出しを可能とする分極方向制御および検知デバイス
は、主に半導体または導電性材料と、強誘電性材料（強
誘電体結晶や強誘電性薄膜）から構成される。このと
き、強誘電体材料に印加する電界の方向または電圧を制
御することで強誘電体材料の自発分極の向きを制御し、
データの蓄積を行う。

【０００３】また、蓄積されたデータは、例えばデータ
の蓄積に必要な電圧よりも小さい電圧を強誘電体材料に
印加し、分極方向による電圧変化を「１」と「０」の情
報として読み出される。このようなデバイスは、微細加
工が可能な半導体プロセスを用いることにより高集積化
された高速なメモリを実現することができる。こうした
デバイスの材料や構造については様々な研究開発が行わ
れており、定電圧で駆動可能な強誘電性材料またはデバ
イス構造が数多く提案されている。また、強誘電性の劣
化を抑制し、メモリ機能の長寿命化をはかるための方法
や、製造の歩留まり向上を目的とする方法なども示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で提案されてきている分極方向制御・検知デバイス（強
誘電体メモリ）の構造は、強誘電体材料表面に電極を形
成したものであるか、または半導体材料や絶縁材料を介
して強誘電体材料と電極とを電気的に接続したものに限
られていた。従って、強誘電体材料を含むデバイスサイ
ズの小型化が困難であるという課題があった。また、デ
ータの蓄積／読み出しには有線配線が必要であるため、
例えば光ディスクや磁気ディスク等に代表されるよう
な、非接触再生可能なデータ蓄積デバイスとして用いる
ことが困難であるという課題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、焦電効果を有する強誘電体材料と、外部
電界により特性を変化することが可能な電界可変材料と
を有し、電界可変材料が強誘電体材料表面に形成されて
いることを特徴とする強誘電体メモリである。

【０００６】また、上記の強誘電体メモリと、レーザー
光源と、集光光学系と、を有し、レーザー光源からのレ
ーザー光により強誘電体メモリの一部に焦電電界を発生
させることを特徴とする光情報処理装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。

【０００８】（実施の形態１）ここでは、強誘電体材料
と外部電界によって特性が変化する材料（以下、電界可
変材料と称す）とを密着させ、レーザー光を照射するこ
とによって強誘電体材料の分極方向を検知する強誘電体
メモリ、および上記方法を用いてデータの再生を行った
光情報処理装置について述べる。なお実施の形態として
は、強誘電体材料としてＬｉＴａＯ₃結晶（以下、ＬＴ
と略す）を用い、電界可変材料として、外部電界によっ
て構成分子の配向が変化する液晶を用いた場合について
説明する。

【０００９】一般に、強誘電体材料は構造的な非対称性
から自発分極を有しており、外部電界により自発分極の
向きを逆転することができる（以下、分極反転と称
す）。この特性を生かして分極方向の制御を行い、例え
ばデータの蓄積に利用しているものが強誘電体メモリで
ある。強誘電体材料の分極反転は、材料に固有の反転電
圧（分極の反転に必要な電圧）を分極方向と逆向きに印
加することにより行われる。

【００１０】また、強誘電体材料の分極方向検知（強誘
電体メモリにおいてはデータの読み出しに相当する）に
ついては、例えば強誘電体材料の任意の一方向に反転電
圧未満の電圧を印加し、強誘電体材料の分極方向によっ
て検出される電圧の変化が生じることを利用して行われ
る。強誘電体材料に形成される分極反転／非反転構造の
面積は、強誘電体材料表面に形成される電極の面積に依
存しているため、微細加工プロセスにより電極構造を微
小に作製することで小型化がはかれる。

【００１１】また、強誘電体材料の分極方向は分極壁と
呼ばれる分極の境目によって任意の大きさに区切ること
ができるため、数ｎｍ間隔で分極反転／非反転領域を形
成することが可能であり、非常に高密度な情報蓄積メデ
ィアとしての可能性を有している。

【００１２】しかしながら、これまで提案されてきた強
誘電体メモリにおいては、ひとつのデータを蓄積し、読
み出すためのデバイスの最小単位（以下、セルと称す）
が複雑な多層構造をとるため、上述したような数ｎｍオ
ーダー間隔で分極領域を配置することは難しく、小型化
・高密度化が制限されるという課題があった。

【００１３】また、従来の強誘電体メモリに代表される
分極方向検知によるデータ蓄積デバイスは、分極方向制
御および検知の観点から、上記のセルに直接電気的配線
を施す必要があり、安価な可搬型デバイスとしての利用
が困難であるという課題があった。

【００１４】そこで本発明では、強誘電体材料の焦電効
果に着目し、焦電電界によって強誘電体材料と密着した
電界可変材料の特性変化を生じさせ、これにより強誘電
体材料の分極方向を検知することを試みた。

【００１５】まず、強誘電体材料の焦電効果について説
明する。強誘電体材料は温度を変化させることにより電
圧を生じさせることができる。これは、温度変化により
自発分極の変化が生じた場合に、その変化を保証する逆
極性電荷の移動が時間的に遅れ、十分に保証されないた
めに生じる電圧である。このとき焦電電界の方向は強誘
電体材料の分極方向に依存し焦電電圧の大きさは温度変
化の大きさに依存する。

【００１６】このような現象は焦電効果として知られ、
強誘電体材料は全て焦電効果を有する焦電材料でもあ
る。強誘電体材料の中で、焦電性の大きなものとしては
本実施の形態で例としてあげているＬＴが知られてい
る。

【００１７】強誘電体材料としては、強誘電体結晶、強
誘電性液晶、強誘電性ポリマー等があるが、中でも強誘
電体結晶は単結晶の育成が比較的容易であり、結晶引き
上げ次に電界を印加することにより単一分極化が容易で
あるという特徴を持つ。また、結晶基板への電界印加や
電子ビーム照射により任意の微小領域の分極を反転させ
ることが可能であるという利点を有している。

【００１８】次に電界可変材料について説明する。前述
したように、本実施の形態においては外部電界によって
特性が変化する材料を電界可変材料と定義している。こ
の代表的なものとしては、本実施の形態で例示する液晶
がある。液晶は一般に多様な材料が用いられているが、
例えばネマチック液晶としては、安定で種類も豊富な安
息香酸エステル系やビフェニル系、粘性係数の小さなシ
クロヘキシルカルボン酸エステル系などがあげられる。
これらの液晶材料を例えば２枚の透明電極間に詰め、透
明電極の外部に偏光子を配置して用い、電極間に電圧を
印加することにより液晶分子の配向が変化する。この分
子配向変化により例えば透過光の強度を変化させること
ができる。

【００１９】我々は、上述した強誘電体材料および電界
可変材料を用いた分極方向検知（データの読み出し）に
ついて、図１に示す構成により検討を行った。図１は、
分極反転／非反転構造を有する強誘電体結晶と液晶とを
密着させ、レーザー光照射により分極方向を検知する強
誘電体メモリの断面図である。

【００２０】図１において１はＺカットの強誘電体結
晶、２は電界可変材料である液晶、３はレーザー光、４
は強誘電体結晶１の分極方向、５はレーザー光３の反射
光、６は偏光子である。このとき、強誘電体結晶１の分
極方向４、すなわち、分極反転／非反転構造はあらかじ
め別のプロセスにより形成されている。

【００２１】例えば、強誘電体結晶として、基板厚み
０．５ｍｍ、Ｚ軸方向に単一分極化されたＬＴのＺカッ
ト基板を用いた場合には、分極反転構造形成のためにＴ
ａなどの金属を＋Ｚ面にスパッタにより５０〜１００ｎ
ｍの厚みで被着形成し、フォトリソグラフィーとドライ
エッチングにより任意の形状、大きさの電極パターンを
形成した。

【００２２】さらに−Ｚ面に同様の金属をスパッタによ
り被着形成し、基板両面の金属を電極として高電圧（例
えば１０ｋＶ／ｍｍ以上）を印加することにより分極反
転が形成可能であった。このようにして任意の分極反転
／非反転構造を作製したＬＴ上に液晶２を密着配置し、
さらに偏光子６を配置した。

【００２３】以上のような構成についてその特性を説明
する。あらかじめ任意の分極反転／非反転構造が形成さ
れた強誘電体結晶１の分極方向４はＺ軸方向に平行な方
向となる。従って、Ｚカットの強誘電体結晶１では図１
に示すように、基板の表面に対して垂直な方向となる。

【００２４】このような強誘電体結晶１の表面に、例え
ばレンズにより集光されたレーザー光３を、偏光子６お
よび液晶２を透過して強誘電体結晶１に照射すると、照
射された基板表面（ビームスポット径に相当する領域）
近傍の温度が上昇する。この温度変化により前述した焦
電効果が生じ、強誘電体結晶１の表面に焦電電界が励起
される。このときの電圧の大きさは強誘電体結晶１の、
レーザー光３が照射された領域に対応する領域の分極方
向４に依存して変動した。

【００２５】このようにして発生した焦電電界が強誘電
体結晶１と密着して配置された液晶２に作用して液晶分
子の配向を変化させる。レーザー光３は強誘電体結晶１
の表面で一部が反射するが、焦電電界の大きさ、すなわ
ち強誘電体結晶１の分極方向４により液晶分子の配向変
化の度合いが異なるため、偏光子６を通過して光源方向
に返ってくる反射光強度が変化する。

【００２６】具体的には、強誘電体結晶１の、レーザー
光３が照射された領域の分極方向が、−Ｚ面から＋Ｚ面
方向に向かっている場合には、焦電電圧が大きくなるた
め、液晶２の分子配向変化は大きくなり、観測される反
射光強度は大きくなる。このようにして、レーザー光３
の照射により非接触で強誘電体結晶１内に形成された任
意の領域の分極方向４を検知することが可能であった。

【００２７】以上述べてきたように、本発明の特徴は、 （１）強誘電体材料の自発分極の方向をデータとして扱
い、データの蓄積／読み出しを行うこと。

【００２８】（２）メモリの読み出しには、自発分極の
方向に依存する焦電電界による物理的な変化量を用いる
こと。 の２点である。

【００２９】本実施の形態に示す方法を用いることによ
り、簡単な光学系を用いて非接触で強誘電体材料内の分
極方向を検知すること（強誘電体メモリのデータを読み
出すこと）が実現可能になった。なお、本実施の形態で
は、分極反転非反転領域の大きさをレーザー光３のスポ
ットサイズと同程度になるように形成したが、例えば単
一分極化された強誘電体結晶に分極反転を形成する場合
には、数１０ｎｍ程度の微小領域の構造が形成可能であ
り、強誘電体材料の分極方向検知による非常に高密度な
データ蓄積デバイスを構成できるという効果も有してい
た。

【００３０】また、本実施の形態で示した方法およびこ
の方法を用いた分極方向検知による光情報処理装置は従
来の強誘電体メモリ等に用いられている分極方向による
データの読み出し装置に比べ構造が簡単であるため、低
コスト化が可能であるという利点も有していた。

【００３１】図２には本実施の形態で示した分極方向の
検知を利用した光情報処理装置の一構成例を示す。図２
において７は強誘電体材料、８は電界可変材料、９はレ
ーザー、１０はレンズ、１１は偏光子、１２はレーザー
９から出射されレンズ１０によって集光されたレーザー
光、１３はレーザー光１２の反射光、１４は光強度検出
系、１５は反射光１３を光強度検出系１４に取り込むた
めのビームスプリッタである。

【００３２】なお、本実施の形態においては、強誘電体
結晶１としてＬＴを例に取り上げたが、上述したプロセ
スにより任意の微小分極反転／非反転構造を形成するこ
とが可能であるＬｉＮｂＯ₃やＭｇＯドープＬｉＮｂＯ₃
を用いた場合においても、同様の分極方向検知（データ
の読み出し）が可能であった。また、ＴｉＢａＯ₃結晶
は強誘電性結晶の中でも分極反転構造が形成しやすいと
いう利点を有しているため、本発明における強誘電体材
料として扱いやすく、本実施の形態に示す方法により分
極反転検知が確認できた。

【００３３】また、強誘電体材料としてはアモルファス
の強誘電体材料を用いることも可能であり、この場合に
は、強誘電体材料を薄膜化できるという利点を有し、ま
たさらに、自発分極の方向をランダムにとることが可能
であるため、分極方向の状態を３以上に形成することが
できる。これにより例えば従来の強誘電体メモリのよう
な「０」と「１」のデータだけでなく、多値データの蓄
積／読み出しが可能な強誘電体メモリが実現できるとい
う効果があった。

【００３４】また、本実施の形態で例示した光情報処理
装置の構成（図２）に加えて、強誘電体結晶７と電界可
変材料８との間に反射体による層を形成することにより
レーザー光１２を効率よく光強度検出系１４に取り込む
ことができ、検出感度が向上するという効果があった。

【００３５】（実施の形態２）ここでは、電界可変材料
として電場配向性有機材料を用い、これを強誘電性材料
と密着させ、レーザーを照射させることによって強誘電
体材料の分極方向を検知する強誘電体メモリについて説
明する。

【００３６】電場配向性有機材料は、非線形光学材料と
して用いられ、例えば有機色素と透明高分子材料である
ＰＭＭＡとを共有結合またはドープという形で混合し、
大きな非線形応答を有する電場配向ポリマーなどがあげ
られる。このような材料は構造的な非対称性を持ち、外
部電界により分子配向（色素の配置）を変化し屈折率変
化を生じる（１次の電気光学効果またはポッケルス効果
と呼ばれる）ため、光強度／位相変調作用がある。一般
に有機非線形光学材料は無機材料に比べ大きな性能示数
を有している。

【００３７】また、非常に高速応答が可能であるという
特徴を持ち、安価で、かつ大面積に一様な厚みの電場配
向膜を形成できるという利点を有する。さらに、分子レ
ベルの設計が可能で、様々な特性を有する材料を開発す
ることが可能である。これらの材料を分子配向材料とし
て用いることにより高速な分極方向検知（データの読み
出し）が行える。

【００３８】しかしながら、実施の形態１で述べた、電
界可変材料側からレーザー光を照射して分極方向を検知
する方法では、電界可変材料に例えば有機色素のような
光吸収材料があると入射光強度を大きくする必要があ
り、高出力レーザーの使用により消費電力が増大すると
いう課題が生じた。

【００３９】また、高出力のレーザーを有機材料に照射
することにより、材料の変質や焼き付きが生じるという
課題があった。そこで我々は、図３に示す構成によりこ
れらの課題の解決をはかった。

【００４０】図３は、２つのレーザー出力光と、電場配
向性有機材料として電場配向ポリマーを用いて、強誘電
体結晶中に形成された分極反転／非反転領域の分極方向
検知を行うことによる強誘電体メモリの一例を示す。

【００４１】図２において、１６はＺカットの強誘電体
結晶、１７は電場配向ポリマー、１８および１９はレー
ザー光、２０は強誘電体結晶基板１６の分極方向、２１
は電場配向ポリマー１７で反射されるレーザー光１９の
反射光を示す。このとき、強誘電体結晶基板１６の分極
方向２０、すなわち、分極反転／非反転構造はあらかじ
め別のプロセスにより形成されている。例えば、強誘電
体結晶１６として、基板厚み０．５ｍｍ、Ｚ軸方向に単
一分極化されたＬＴのＺカット基板を用いた場合には、
分極反転構造形成のためにＴａなどの金属を＋Ｚ面にス
パッタにより５０〜１００ｎｍ被着形成し、フォトリソ
グラフィーとドライエッチングにより任意の形状、大き
さの電極パターンを形成した。

【００４２】さらに−Ｚ面に同様の金属をスパッタによ
り被着形成し、基板両面の金属を電極として高電圧（例
えば１０ｋＶ／ｍｍ以上）を印加することにより分極反
転が形成可能であった。このようにして任意の分極反転
／非反転構造を作製したＬＴ上に電場配向ポリマー１７
を１００〜５００ｎｍの均一な厚みで密着配置した。電
場配向ポリマー１７の密着配置は、例えばスピンコート
法を用いることで可能であり、回転速度を制御すること
により大面積に均一な厚みの膜を形成することが容易で
あった。

【００４３】以上のような構成についてその特性を説明
する。あらかじめ任意の分極反転／非反転構造が形成さ
れた強誘電体結晶１６の分極方向２０はＺ軸方向に平行
な方向となる。従って、Ｚカットの強誘電体結晶１６で
は図３に示すように、基板の表面に対して垂直な方向と
なる。このような強誘電体結晶１６の、電場配向ポリマ
ー１７の被着形成されている面と反対の表面に、例えば
レンズにより集光されたレーザー光１８を照射すると、
照射された基板表面（ビームスポット径に相当する領
域）近傍の温度が上昇する。

【００４４】この温度変化により前述した焦電効果が生
じ、強誘電体結晶１６の両表面（レーザー光１８を照射
した面および電場配向ポリマー１７を密着させた面）に
焦電電圧が励起される。このときの電圧の大きさは強誘
電体結晶１６の、レーザー光１８が照射された領域に対
応する領域の分極方向２０に依存して変動した。このよ
うにして発生した焦電電圧が強誘電体結晶１６と密着し
て配置された電場配向ポリマー１７に作用して電場配向
ポリマー１７中の非線形低分子（有機色素分子）の配置
を変化させる。これにより電場配向ポリマー１７の局所
的領域の屈折率が変化する。

【００４５】一方、電場配向ポリマー１７の、強誘電体
結晶１６と密着していない側からレーザー光１９を集光
し照射すると、入射光の一部が電場配向ポリマー１７表
面で反射される。このときレーザー光１９の照射領域に
生じている屈折率変化に伴って反射光強度は変化する。
電場配向ポリマー１７の屈折率変化は焦電電圧の大き
さ、すなわち強誘電体結晶１６の分極方向２０により配
向変化の度合いが異なるため、強誘電体結晶１６の分極
方向２０に従いレーザー光１９の反射光強度が変化する
ことになる。

【００４６】具体的には、強誘電体結晶１６の、レーザ
ー光１８が照射された領域の分極方向が、−Ｚ面から＋
Ｚ面方向に向かっている場合には、焦電電圧が大きくな
るため、電場配向ポリマー１７の屈折率変化は大きくな
り、観測される反射光強度は大きくなる。このようにし
て、レーザー光１８および１９の照射により非接触で強
誘電体結晶１６内に形成された任意の領域の分極方向２
０を検知することが可能であった。このときの応答速度
（分極方向検知に必要な時間）は１０^-12秒のオーダー
であり、これは分子配向材料として液晶材料を用いた場
合に比べ約１００倍の応答速度に対応するものであっ
た。

【００４７】以上のように、本実施の形態に示す方法を
用いることにより、電界可変材料として有機材料を用い
た場合において、非接触かつ高速応答で強誘電体材料内
の分極方向を検知することが実現可能になった。

【００４８】なお、本実施の形態では、分極反転非反転
領域の大きさをレーザー光１８のスポットサイズと同程
度になるように形成したが、例えば単一分極化された強
誘電体結晶に分極反転を形成する場合には、数１０ｎｍ
程度の微小領域の構造が形成可能であり、強誘電体材料
の分極方向検知による非常に高密度なデータ蓄積デバイ
スを構成できるという効果も有していた。

【００４９】また、本実施の形態で示した方法およびこ
の方法を用いた分極方向検知装置は、従来の強誘電体メ
モリ等に用いられている分極方向によるデータの読み出
し装置に比べ構造が簡単であるため、低コスト化が可能
であるという利点も有していた。

【００５０】なお、本実施の形態においては、強誘電体
結晶１６としてＬＴを例に取り上げたが、上述したプロ
セスにより任意の微小分極反転／非反転構造を形成する
ことが可能であるＬｉＮｂＯ₃やＭｇＯドープＬｉＮｂ
Ｏ₃を用いた場合においても、同様の分極方向検知（デ
ータの読み出し）が可能であった。また、ＴｉＢａＯ₃
結晶は強誘電性結晶の中でも分極反転構造が形成しやす
いという利点を有しているため、本発明における強誘電
体材料として扱いやすく、本実施の形態に示す方法によ
り分極反転検知が確認できた。

【００５１】また、強誘電体材料としてはアモルファス
の強誘電体材料を用いることも可能であり、この場合に
は、強誘電体材料を薄膜化できるという利点を有し、ま
たさらに、自発分極の方向をランダムにとることが可能
であるため、分極方向の状態を３以上に形成することが
できる。これにより例えば従来の強誘電体メモリのよう
な「０」と「１」のデータだけでなく、多値データの蓄
積／読み出しが可能な強誘電体メモリが実現できるとい
う効果があった。

【００５２】（実施の形態３）ここでは、強誘電体材料
と電界可変材料とを密着配置した強誘電体メモリにおい
て、データの蓄積（分極方向制御）を行う方法について
説明する。実施の形態１および２においては、強誘電体
材料に分極反転／非反転部を形成する例として、強誘電
体材料表面に形成された電極を介して電界を印加する方
法を示した。これは、強誘電体材料と電界可変材料とを
密着する前のプロセスとして行われる必要があり、例え
ばＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）として
の用途には有効であるが、書き換え可能なメモリ（ＲＡ
Ｍ）としては用いることができないという課題があっ
た。そこで、強誘電体材料と、電界可変材料とを密着配
置した状態で、電界可変材料を通して強誘電体材料にレ
ーザー光を照射することによって強誘電体材料内の分極
方向制御を行うことにより課題の解決を図った。

【００５３】電界可変材料の外部電界による特性変化と
しては、実施の形態１および２で述べた液晶の配向変
化、電気光学効果による屈折率変化がある。ほかにも、
例えば２次または３次の非線形光学効果による屈折率の
変化、電歪効果による屈折率変化などがあげられる。

【００５４】このような外部電界に起因する効果に加
え、例えばレーザー光照射による局所的な温度上昇を生
じる電界可変材料や、照射したレーザー光の光強度分布
によって、例えば光学的微小窓が生じる材料がある。こ
れらを組み合わせて用いることにより例えば、光の回折
限界を超える微小領域に分極反転／非反転領域を形成す
ることが可能であり、高データ密度、大容量の強誘電体
メモリが実現可能である。我々は、図４に示す構成によ
り強誘電体材料の分極方向制御を行った。

【００５５】図４は強誘電体メモリの自発分極の方向を
任意の領域にわたり変化させるために、強誘電体材料
と、強誘電体材料上に形成された電界可変材料と、光照
射により特性が変化する光可変膜とを用いて強誘電体材
料中に分極反転／非反転部を形成する方法の一例を示
す。図４において２２は強誘電体結晶、２３は電界可変
材料、２４は光可変膜、２５はレーザー光、２６は強誘
電体結晶２２の分極方向、２７は強誘電体結晶２２に外
部電界を印加するためのプローブである。

【００５６】以上のような構成についてその特性を説明
する。強誘電体結晶２２は例えば単一分極化されている
か、あるいは任意の自発分極方向を有しているものであ
る。この強誘電体結晶２２上に、例えばスパッタ、蒸
着、塗布などの手段により光可変膜２４を形成する。さ
らにその上に電界可変材料２３を形成する。このとき電
界可変材料２３は必要に応じて例えば透明な石英ガラス
等で光可変膜２４と直接接触しないようにすることも可
能である。これにより、電界可変材料２３と光可変膜２
４が混合され双方の特性を損なうことを防止できるとい
う効果がある。

【００５７】強誘電体材料の一般的な特性として、高温
下では低電圧で分極制御が可能なことから、このように
して形成された強誘電体メモリに、例えば集光光学系に
より集光されたレーザー光２５を照射することにより、
レーザーの照射領域に対応する強誘電体結晶２２の領域
の温度を上昇させる。

【００５８】このとき同時に例えば高電位状態にあるプ
ローブ２７を、強誘電体材料の、光可変膜２４および電
界可変材料２３が形成された面と反対の面に近づけるこ
とにより、強誘電体結晶２２の分極方向を制御すること
が可能であった。光可変膜２４を例えば光吸収性の材料
により構成することにより、レーザー光２５の照射によ
る強誘電体結晶２２の局所的な温度上昇を効率よく生じ
させることができた。この熱的影響により分極方向制御
をアシストし低電圧で分極方向制御が可能であった。

【００５９】また、制御する分極反転／非反転領域の大
きさ（結晶表面の分極構造面積）はプローブ２７の先端
部面積に比例するため、例えばエッチングによりプロー
ブ２７の先端部の直径を数１０ｎｍにすることにより、
分極反転／非反転領域の微小化が可能であった。

【００６０】以上のように、本実施の形態に示す方法を
用いることにより、強誘電体材料に電界可変材料を密着
形成した強誘電体メモリにおいて、レーザー光照射と電
界印加プローブを用いて、非接触で分極方向制御を行う
ことが可能になった。

【００６１】なお、本実施の形態では光可変膜として光
吸収性の材料により構成されるものについて説明した
が、例えば、光可変膜として光強度により光透過率が変
化する膜を用いた場合には、例えば回折限界を超える微
小領域のみにレーザー光を透過させる光学的微小窓を形
成することが可能であり、レーザー光の透過した領域の
みに電界を印加し分極方向制御を行うことが可能である
ため、さらに高密度／大容量の強誘電体メモリが実現で
きるという効果があった。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明において、強誘電
体材料と電界可変材料とを密着させた強誘電体メモリに
おいて、レーザー光を照射することにより焦電効果を介
して電界可変材料の分子配向を制御し、レーザー光の反
射強度を観測することで、非接触で強誘電体材料中の任
意の分極方向を検知することができるという効果が得ら
れた。これにより分極方向をデータとして蓄積した強誘
電体メモリのデータ読み出しが可能であった。

【００６３】また、任意の微小領域の分極方向を検知す
ることが可能になるので、分極反転／非反転構造の高密
度化が実現可能となり、大容量のデータ蓄積／読み出し
が可能であるという効果が得られた。これにより強誘電
体メモリを用いて、大容量で可搬性のよい、非接触型の
光情報処理装置が実現可能であるという効果があった。

【００６４】また、電界可変材料として高速応答性を有
している電場配向性有機材料を用いることにより、高速
な分極方向検知が可能になるという効果があった。

【００６５】また、本発明における強誘電体メモリおよ
び分極方向検知による光情報処理装置は構造的に非常に
簡単であるため、量産性に優れ、低コスト化を実現でき
るという別の効果も得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における、分極方向を検
知するための構成例を示す図

【図２】本発明の実施の形態１における、光情報処理装
置の構成例を示す図

【図３】本発明の実施の形態２における、強誘電体結晶
内の分極方向を検知するための構成例を示す図

【図４】本発明の実施の形態３における、分極反転／非
反転部を形成する方法の一例を示す図

【符号の説明】

１，１６，２２ 強誘電体結晶 ２ 液晶 ３，１２，１８，１９，２５ レーザー光 ４，２０，２６ 分極方向 ５，１３，２１ 反射光 ６，１１ 偏光子 ７ 強誘電体材料 ８，２３ 電界可変材料 ９ レーザー光源 １０ レンズ １４ 光強度検出系 １５ ビームスプリッタ １７ 電場配向ポリマー ２４ 光可変膜 ２７ プローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 和久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D029 JA01 JA04

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焦電効果を有する強誘電体材料と、外部電
   界により特性を変化することが可能な電界可変材料とを
   具備し、前記電界可変材料が前記強誘電体材料表面に形
   成されていることを特徴とする強誘電体メモリ。
2. 【請求項２】前記構成に加えて、熱または光によって特
   性を変化させることが可能な材料からなる層を具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の強誘電体メモリ。
3. 【請求項３】前記構成に加えて、反射層を有することを
   特徴とする請求項１または２に記載の強誘電体メモリ。
4. 【請求項４】前記電界可変材料が強誘電体材料であるこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の強
   誘電体メモリ。
5. 【請求項５】前記電界可変材料が電気光学効果を有する
   材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
   項に記載の強誘電体メモリ。
6. 【請求項６】前記電界可変材料が、電場配向ポリマーで
   あることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記
   載の強誘電体メモリ。
7. 【請求項７】前記電界可変材料が液晶材料であることを
   特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の強誘電
   体メモリ。
8. 【請求項８】前記電界可変材料が電歪効果を有する材料
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の強誘電体メモリ。
9. 【請求項９】前記強誘電体材料の有する自発分極が、外
   部電界によって２以上の方向に変化することを特徴とす
   る請求項１〜８のいずれか１項に記載の強誘電体メモ
   リ。
10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載の強
    誘電体メモリと、レーザー光源と、集光光学系と、を有
    し、前記レーザー光源からのレーザー光により前記強誘
    電体メモリの一部に焦電電界を発生させることを特徴と
    する光情報処理装置。
11. 【請求項１１】前記強誘電体メモリの自発分極の方向を
    任意の領域にわたり変化させる機能を有することを特徴
    とする請求項１０に記載の光情報処理装置。
12. 【請求項１２】請求項１０または１１に記載の光情報処
    理装置であって、任意の大きさおよび形状に分極反転部
    が形成された前記強誘電体材料と前記電界可変材料とを
    密着させ、前記電界可変材料を通して前記強誘電体材料
    に前記レーザー光源からのレーザー光を照射することに
    より前記強誘電体材料表面の任意の部分に焦電電界を発
    生させ、前記焦電電界により前記電界可変材料の分子配
    向方向を変化させ、前記光強度検出手段により前記レー
    ザー光の反射光強度を検出し、前記反射光強度の大きさ
    により前記強誘電体材料の分極方向を検知することを特
    徴とする光情報処理装置。
13. 【請求項１３】請求項１０または１１に記載の光情報処
    理装置であって、任意の大きさおよび形状に分極反転部
    が形成された前記強誘電体材料と、前記電界可変材料と
    を密着させ、前記強誘電体材料の前記電界可変材料と接
    触していない部分に第１のレーザー光源からのレーザー
    光を照射して前記強誘電体の表面に焦電電界を励起し、
    前記焦電電界により前記電界可変材料の分子配向方向を
    変化させ、前記電界可変材料に第２のレーザー光源から
    のレーザー光を照射し、前記電界可変材料に照射した前
    記第２のレーザー光の反射光強度により前記強誘電体材
    料の分極方向を検知することを特徴とする光情報処理装
    置。