JP2002530789A - 第1物理状態と第2物理状態とのいずれかをなす各領域からなる並びを有した材料を備えてなる情報媒体に対しての書込および読取方法 - Google Patents
第1物理状態と第2物理状態とのいずれかをなす各領域からなる並びを有した材料を備えてなる情報媒体に対しての書込および読取方法Info
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Abstract
Description
領域からなる並びを有した記録層を備えてなる情報媒体に対して書込および読取
を行うための方法に関するものである。
構造または特定組成を意味している。
すような、材料の特定のドーピング度合いがある。材料の物理状態は、電気的性
質や光学的性質に反映する。例えば、特性抵抗に反映する。
らなる並びを備えることができる。
ジタルデータあるいは像あるいは音の形態とすることができる。
に、使用することができる。
体に対して書込および読取を行うためのシステムを概略的に示す図である。
、電極(12)を構成する電気伝導材料層によってカバーされている。
は、Ge2Sb2Te5 といったような材料から構成される。この材料は、結晶状
態またはアモルファス状態のいずれかとされる。
)とされた各領域との並び(連続)による符号化を使用して、記録層内に記録さ
れる。
領域には、符号(14c)が付されている。
の逆に領域が結晶状態からアモルファス状態へと変化するように、領域を加熱す
ることによって、記録される。
よって得られる。電流は、記録層の書込/読取表面に対して適用された導体尖鋭
体(20)と、電極(12)と、の間を流れる。電流は、電源(図示せず)によ
って供給される。尖鋭体(20)と情報媒体(1)とは、互いに相対移動され、
これにより、記録層(14)の走査が可能とされる。
ことにより、読み取られる。読取には、記録層材料の電気特性を使用する。つま
り、アモルファス状態と結晶状態とにおける抵抗値の相違を使用する。
おり、これにより、導体尖鋭体(20)が接触している記録層領域に関して測定
回路が形成されるようになっている。
鋭体(20)を、記録層の表面上を移動させることにより、記録層の表面上を走
査することができる。
ァス(14a)であるかあるいは結晶(14c)であるかによって、2つの値を
とることができる。記録層(14)の抵抗値は、材料がアモルファス状態である
かあるいは結晶状態であるかによってそれぞれ(Ra,Rc)という2つの値を
有している。
次のようになる。 −記録層がアモルファスであれば、Ia=V/Raとなる。 −記録層が結晶であれば、Ic=V/Rcとなる。
値である。
的接触および電気的接触に関連した問題点を有している。特定回数の読取操作後
には、記録層(14)上における導体尖鋭体(20)の移動が、導体尖鋭体や記
録層の機械的摩耗を引き起こす。このような摩耗は、読取誤差や不正確さをもた
らす。
)において読取を行うための第2の公知技術を示している。読取技術には、トン
ネル効果を使用している。
とほぼ同じである。
体(1)が示されている。読取装置は、導体尖鋭体(20)と電圧源(22)と
測定手段(24)とを備えている。しかしながら、図1の場合とは違って、導体
尖鋭体(20)は、記録層(14)の表面から、距離(d)だけ離間したところ
に保持されている。この離間距離が存在するにもかかわらず、トンネル効果によ
って、電流は、記録層内を通って流れることができる。
のタイプの相関図は、図3に示されている。この図においては、電圧(V)が横
軸に示されており、電流(I)が縦軸に示されている。電流−電圧特性は、トン
ネルダイオードのように、肘を有した曲線である。図3には、3つの特性(C1
,C2,C3)が示されている。これら曲線は、それぞれ、導体尖鋭体(20)
と記録層の書込/読取表面との間の、互いに異なる3つの距離(d1,d2,d
3)を示している。導体尖鋭体(20)と電極(12)との間に印加された同じ
電圧値に対しては、導体尖鋭体と読取表面との間の距離が小さいほど、測定回路
を流れる電流は大きい。
1,d2,d3)には、d1<d2<d3という関係がある。
各負荷線の傾斜は、測定回路の抵抗特性によって決定される。試験領域がアモル
ファスであると、抵抗Raが大きく、そのため、電圧降下が大きい。結晶領域に
おいては、抵抗Rcが小さく、そのため、電圧降下が相対的に小さい。したがっ
て、図3における負荷線は、アモルファス領域(14a)に関しては記号(DC
a)で示すようなものとなり、結晶領域(14c)に関しては記号(DCc)で
示すようなものとなる。
、Ma(領域がアモルファスの場合)またはMc(領域が結晶の場合)のいずれ
かに位置する。電流と電圧の組は、Ia−Va(領域がアモルファスの場合)ま
たはIc−Vc(領域が結晶の場合)のいずれかとなる。
晶領域における電圧であり、変数(Ia)は、アモルファス領域における電流で
あり、変数(Ic)は、結晶領域における電流である。
IaまたはIc)を測定することができ、これにより、走査した領域の物理状態
(アモルファスまたは結晶)を識別することができる。したがって、記録媒体上
に符号化された情報を読み取ることができる。
おける、摩耗を引き起こすことがない。しかしながら、微小尖鋭体と記録層との
間の離間距離(d)に対して、測定が過度に敏感であるという欠点を有している
。
は結晶)の各領域内を流れる電流は、距離(d)に大いに依存する(特性C1,
C2,C3)。
、結晶領域が、アモルファス領域と誤認されやすい。
に、頻繁に発生しやすい。
記録媒体およびその読取方法を提供することである。
耗を引き起こさないような、記録媒体の読取方法を提供することである。
読取エラーを起こさないような、信頼性の高い読取方法を提供することである。
提供することである。
である。
理状態と第2物理状態とのいずれかをなす各材料領域からなる並びを有した記録
層を備えてなる情報媒体の読取方法に関するものである。本発明においては、記
録層は、電界を検出し得る手段によって走査される。
並びに関連した測定可能な電界の存在をベースとしている。材料の『物理状態』
という用語は、材料の構造や組成とは無関係な電荷に関連した状態ではなく、材
料の構造または組成に関連した状態を意味している。
のものとすることができる。したがって、記録層は、結晶状態とアモルファス状
態とのいずれかをなす各領域からなる並びを有することができる。また、記録層
は、第1誘電状態と第2誘電状態とのいずれかをなす各領域からなる並びを有す
ることができる。
とすることができる。例えば、記録層は、互いに識別可能なドーピングレベルと
された第1状態と第2状態とのいずれかをなす各領域からなる並びを有した半導
体材料層とすることができる。
ことができる。また、記録層は、テルル(Te)および/またはゲルマニウム(
Ge)および/またはアンチモン(Sb)および/または銀(Ag)および/ま
たはインジウム(In)および/または銅(Cu)および/またはクロム(Cr
)および/またはバナジウム(V)および/またはセレン(Se)をベースとし
た合金とすることができる。
、つまり、PbとZrとTiとの酸化物どうしからなる合金とすることができる
。
この読取ヘッドを周期的に振動させる手段とを備えてなる電界検出装置を使用す
ることができる。この種の装置においては、読取は、振動モードの変化を検出す
ることによって行われる。
ることができる。この場合には、読取は、主として、読取ヘッドに対して印加さ
れた静電気力の変化を検出することによって行われる。
域からなる並びを有した記録層を具備してなる情報媒体(「記録媒体」と同義)
に関するものである。本発明においては、この情報媒体は、記録層の書込/読取
表面をカバーする抵抗性保護層を具備している。この保護層の抵抗値は、記録層
におけるアモルファス状態と結晶状態とのいずれかの材料領域の抵抗値よりも小
さいものとされている。
アモルファス状態への)情報の書込を妨害することがない。
ことがない。保護層は、従来方法による読取を不可能なものとする。
を具備することができる。
に関するものである。
相変化を引き起こし得るに十分なだけの局所的加熱を行うために、情報媒体の書
込表面に対して導電性書込尖鋭体を適用するという、書込フェーズを具備してい
る。この方法は、さらに、書込尖鋭体を情報媒体の書込表面から離間させ、しか
も、記録層の新たな領域に対しての対向位置に書込尖鋭体を位置させるよう書込
尖鋭体と情報媒体とを相対移動させる、移動フェーズを具備している。
、記録層を通して電流を流す。この場合の電流値は、記録層の領域をアモルファ
ス状態とするような第1値と記録層の領域を結晶状態とするような第2値とのい
ずれかから(それぞれの符号化情報に応じて)選択される。
表面とは反対側に位置した表面に対して接触している電極と、の間にわたって電
圧を印加することにより、引き起こされる。書込電流は、記録層をなす材料をわ
ずかに加熱して記録層を局所的に結晶状態とする小さな初期値を有することがで
きる。一方、第2の大きな電流値は、材料を大いに加熱して、材料を局所的にア
モルファス状態とする。
流値は、ゼロとして選択することができる(消去は除外する)。
ことも(保護層が設けられていない場合)、また、保護層に対しての接触とする
ことも(保護層が設けられている場合)、できる。
書込方法であれば、これら両部材の摩耗が最小化される。
対して接触している電極とをキャパシタプレートとして使用することによって、
記録層の領域の容量性加熱を引き起こすことができる。
るであろう。以下の説明は、本発明を制限することのない単なる例示のためので
あって、以下の説明においては、添付図面を参照する。
は、同じ参照符号を付し、繰り返しての説明は省略する。
00)と、を示している。
ルファス状態とされた領域(14a)と結晶状態とされた領域(14c)とを有
してなる材料層(14)と、を備えて構成されている。材料層(14)は、例え
ば、Ge2Sb2Te5 合金や、シリコンや、II-IV 化合物または III-V化合物と
いったような材料から形成される。結晶領域およびアモルファス領域のサイズや
並びあるいは結晶領域とアモルファス領域との間の距離が、記録される情報デー
タに適合した符号化を構成する。記録される情報データは、例えば、像のサンプ
リングや音のサンプリングに起因するものとすることができ、また、物理的強度
とすることができる。
体の読取が行われる。
ェル応力を使用することによって顕微鏡技術において表面電位を検出するための
ものである。
119)の一端は、電気伝導性材料から形成された読取尖鋭体(120)(可能
であれば、書込も行う)を有している。梁の他端は、支持体の一部として構成さ
れている。
成されている。このアクチュエータは、梁の端部を、情報媒体の表面に対して垂
直にさらに平行に移動させることができる。
)の書込/読取表面との間の離間距離(d)を増減する。離間距離(d)は、例
えば、10nm〜100nmの範囲内の値に設定されている。
上の走査を可能とする。
て接続されている。このAC電源(136)は、読取尖鋭体に対してのAC電圧
の供給を行う。電圧値は、情報媒体の電極(12)に対して印加される質量電位
(mass potential)に対して決定される。ある例においては、電極(12)の電
位も、また、質量電位に対してズレを有したものとすることができる。
鋭体に対して印加される静電気力を生成する。この静電気力は、AC電圧の周波
数に応じた周波数で、読取尖鋭体(120)を変位させ(偏向させ)、また、梁
(119)を撓ませる。
のである。そのため、尖鋭体に対して印加される静電気力を間接的に測定する。
測定装置(135)は、例えば、梁(119)に対しての圧電性プローブである
、あるいは、梁(119)によって反射されてきたレーザービームの偏向を測定
する装置である。
鋭体に対して付加的なDC電圧を供給する(例えば、質量電位に対して)。DC
電圧値は、読取尖鋭体(120)に対して印加されるAC電圧の周波数での静電
気力をこのDC電圧値によってキャンセルし得るように、設定される。
読取尖鋭体が受ける静電気力がゼロである状態に対応した尖鋭体位置(あるいは
、梁の位置)を指示するように、設定される。矢印は、尖鋭体のジグザグ変位に
対して、電圧源(134)によって供給される電圧値を追従させ得る可能性を示
している。
力(F)を受ける。 F=(dC/dz)×VAC×V
おり、(dC/dz)は、読取尖鋭体(120)と情報媒体との間に形成される
キャパシタンスの(キャパシタをなす両プレート間のスペースに対しての)微分
を表しており、Vは、読取尖鋭体と記録媒体(「情報媒体」と同義)との間のD
C電位差を表している。
極(12)との間のDC電圧値VDCが、V=0となるように設定されている場合
には、ゼロとなる。これは、VDCの大きさが、記録媒体の電位に対して、等しい
場合である。
を検出することができる。あるいは、情報媒体の記録層におけるアモルファス領
域と結晶領域との間の境界領域に関連した電位を検出することができる。
によってもたらされた読取値と見なすことができる。
得る他のタイプの電界検出装置と、を示している。
って、構成部材についての再度の説明を省略する。図5における情報媒体(1)
は、抵抗性材料からなる保護層(16)を有している点において、先のものとは
相違している。保護層(16)は、例えばITO(酸化インジウムにスズを添加
したもの)やSiCといったような抵抗性材料から形成され、記録層をカバーし
ている。保護層の自由表面が、新たな書込/読取表面を構成する。
も、小さい抵抗値を有している。したがって、保護層は、記録層(14)内に符
号化された情報の読取や書込を妨害することがない。保護層の厚さは、例えば5
nmとされ、抵抗値は、10-1Ωcmとされる。
電気力顕微鏡技術において公知のものである。
フレキシブルな梁(119)の先端に取り付けられた読取尖鋭体(120)を備
えている。
保護層によって構成された読取表面から、常に所定離間距離(d)のところに保
持されている。
いない。フレキシブルな梁(119)の一部として構成されている尖鋭体は、梁
と尖鋭体とからなるアセンブリの共鳴周波数でもって機械的に振動するように設
定されている。尖鋭体は、例えば、梁(119)の一部として構成された圧電性
アクチュエータ(137)によって振動され得るよう、設定することができる。
置)は、尖鋭体の位相や振幅やおよび/または振動周波数の変化を検出し得るよ
うに構成されている。
理状態をなす。つまり、例えば読取尖鋭体の振幅および振動といったような振動
状態の変化をもたらすような、識別可能な2つの物理状態をなす。
行、あるいは逆に、結晶領域からアモルファス領域への移行を、認識することが
できる。
録層内に符号化された情報を、読み取ることができる。
のような装置のさらに詳細な説明ならびにそれらのこのような装置の標準的使用
分野は、例えば、この説明の最後に列挙されている参考文献(1)〜(4)に与
えられている。
置(101)による記録層の読取に際して一切寄与していないことに注意された
い。この電極層は、省略することができる。さらに、電極層を備えた図5の情報
媒体は、図4における電界検出装置(100)を使用して読み取ることができる
。
おける状態変化を引き起こし得るよう、記録層を通して書込電流を流すために使
用することができる。
ングチャートである。
31)を使用することによって、情報媒体の表面に対して接触した状態と離間し
た状態とを周期的に繰り返させられる、つまり、上下動させられる。
からのパルスによって制御される。
下されること、また、各クロックパルスに同期して2つのパルスどうしの間にお
いて引き上げられることを、時間(t)に関しての複数のサイクルについて示し
ている。尖鋭体の下位置および上位置は、図(部分図C)において、それぞれ記
号(B,H)によって示されている。
するようにして、尖鋭体と情報媒体との間の相対変位が起こる。
を、時間軸に対して示すグラフである。この電流を使用することにより、記録層
の物理状態を局部的に変化させて、記録層内において符号化された情報を書き込
むことができることに注意されたい。
は、これらと同期させて、記録層に電流パルスが印加され、他のクロックパルス
に関しては、記録層にゼロ電流または異なる値の電流が印加される(20〜15
0nA)。電流値は、材質や、記録層の厚さや、尖鋭体の形状、等に依存する。
パルスが存在しないことは、0というタイプの論理データに対応する。
、記録層は、初期的にはアモルファスであり、図6における部分図Bに示すよう
な電流パルスに応答して局所的に結晶化されている。
応し、アモルファス領域(14a)が0という論理状態に対応している。
cope TGS using electrostatic force microscope combined with the voltage modulation technique” Junji Ohgami, Yasuhiro Sugawara, Seizo Morita, Eiji Nakamura and Toru Ozaki Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35 (1996) pp. 2,734-2,739, part I, No. 5A, May 1996 (2) “High density charge storage memory with scanning probe microscopy” Ichiro Fujiwara, Shigeru Kojima and Jun'etsu Seto Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35 (1996) pp. 2,764-2,769, part I, No. 5A, May 1996 (3) MFM/EFM Imaging-Dimension-series SPMS Support note 206, §206.4.4 Scanning Probe Microscope-Instruction Manual chap. 13. Magnetic & Electric Force Imaging - Digital Instruments. (4) MFM/EFM Imaging-Dimension-series SPMS Support note 206, §206.4 Scanning Probe Microscope-Instruction Manual chap. 13. Magnetic & Electric Force Imaging - Digital Instruments.
報媒体の一部と、を単純化して概略的に示す図である。
る情報媒体の一部と、を単純化して概略的に示す図である。
電界検出装置によって読取を行い得る情報媒体と、を単純化して概略的に示す図
である。
この電界検出装置による読取に適した情報媒体の変形例と、を単純化して概略的
に示す図である。
ミングチャートである。
cope TGS using electrostatic force microscope combined with the voltage modulation technique” Junji Ohgami, Yasuhiro Sugawara, Seizo Morita, Eiji Nakamura and Toru Ozaki Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35 (1996) pp. 2,734-2,739, part I, No. 5A, May 1996 (2) “High density charge storage memory with scanning probe microscopy” Ichiro Fujiwara, Shigeru Kojima and Jun'etsu Seto Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 35 (1996) pp. 2,764-2,769, part I, No. 5A, May 1996 (3) MFM/EFM Imaging-Dimension-series SPMS Support note 206, §206.4.4 Scanning Probe Microscope-Instruction Manual chap. 13. Magnetic & Electric Force Imaging - Digital Instruments. (4) MFM/EFM Imaging-Dimension-series SPMS Support note 206, §206.4 Scanning Probe Microscope-Instruction Manual chap. 13. Magnetic & Electric Force Imaging - Digital Instruments.(5) 欧州特許明細書第0 851 417号 (6) 欧州特許明細書第0 551 814号 (7) 欧州特許明細書第5 155 573号
Claims (17)
- 【請求項1】 互いに識別可能な第1物理状態と第2物理状態とのいずれか
をなす各材料領域(14a,14c)からなる並びを有した記録層(14)を備
えてなる情報媒体(1)の読取方法であって、 前記記録層を、電界を検出し得る手段(100,101)でもって走査するこ
とを特徴とする情報媒体の読取方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の情報媒体の読取方法において、 前記記録層(14)を、結晶状態とアモルファス状態とのいずれかをなす各領
域からなる並びを有した材料層とすることを特徴とする情報媒体の読取方法。 - 【請求項3】 請求項2記載の情報媒体の読取方法において、 前記記録層(14)を、テルル(Te)および/またはゲルマニウム(Ge)
および/またはアンチモン(Sb)および/または銀(Ag)および/またはイ
ンジウム(In)および/または銅(Cu)および/またはクロム(Cr)およ
び/またはバナジウム(V)および/またはセレン(Se)をベースとした合金
とすることを特徴とする情報媒体の読取方法。 - 【請求項4】 請求項1記載の情報媒体の読取方法において、 前記記録層(14)を、互いに識別可能なドーピングレベルとされた第1状態
と第2状態とのいずれかをなす各領域からなる並びを有した半導体材料層とする
ことを特徴とする情報媒体の読取方法。 - 【請求項5】 請求項1記載の情報媒体の読取方法において、 前記記録層(14)を、シリコン材料またはII−VI化合物またはIII−V化合物
から形成することを特徴とする情報媒体の読取方法。 - 【請求項6】 請求項1記載の情報媒体の読取方法において、 前記記録層(14)を、第1誘電状態と第2誘電状態とのいずれかをなす各領
域からなる並びを有した材料層とすることを特徴とする情報媒体の読取方法。 - 【請求項7】 請求項6記載の情報媒体の読取方法において、 前記材料を、PZTタイプの誘電体とすることを特徴とする情報媒体の読取方
法。 - 【請求項8】 請求項1記載の情報媒体の読取方法において、 前記記録層を、読取尖鋭体(120)が取り付けられている梁(119)とこ
の梁を振動させるための少なくとも1つの圧電性アクチュエータ(137)とを
備えてなる電界検出装置(101)でもって、走査することを特徴とする情報媒
体の読取方法。 - 【請求項9】 請求項1記載の情報媒体の読取方法において、 前記記録層を、読取尖鋭体(120)が取り付けられている梁(119)と前
記読取尖鋭体に静電気力を印加するための手段(136)とを備えてなる電界検
出装置(100)でもって、走査することを特徴とする情報媒体の読取方法。 - 【請求項10】 請求項1記載の読取方法に適した記録媒体であって、 アモルファス状態と結晶状態とのいずれかをなす各材料領域(14a,14c
)からなる並びを有した記録層(14)を具備してなり、 さらに、前記記録層(14)をカバーする保護層(16)を具備し、 この保護層の抵抗値が、前記記録層におけるアモルファス状態と結晶状態との
いずれかの材料領域の抵抗値よりも小さいものとされていることを特徴とする記
録媒体。 - 【請求項11】 請求項10記載の記録媒体において、 さらに、前記記録層(14)をなす表面のうち、前記保護層(16)を向いて
いる表面をカバーする導電層(12)を具備していることを特徴とする記録媒体
。 - 【請求項12】 電界検出装置の使用方法であって、 単一材料内において互いに識別可能な2つの物理状態のいずれかをなす各領域
(14a,14c)からなる並びを有した記録層(14)を具備してなる情報媒
体(1)の読取のために使用することを特徴とする電界検出装置の使用方法。 - 【請求項13】 請求項1記載の読取方法によって読取が行われる情報媒体
でありかつアモルファス状態と結晶状態との間の相転移を加熱によって局所的に
引き起こし得る材料から形成された記録層を備えてなる情報媒体に対して、書込
を行うための方法あって、 電力を使用することによって前記記録層のある領域内において材料の相変化を
引き起こし得るに十分なだけの局所的加熱を行うために、前記情報媒体の書込表
面に対して導電性書込尖鋭体(120)を適用するという、書込フェーズと、 前記書込尖鋭体を前記情報媒体の前記書込表面から離間させ、さらに、前記記
録層の新たな領域に対しての対向位置に前記書込尖鋭体を位置させるよう前記書
込尖鋭体(120)と前記情報媒体(1)とを相対移動させる、移動フェーズと
、 を行うことを特徴とする書込方法。 - 【請求項14】 請求項13記載の書込方法において、 前記書込フェーズにおいては、前記書込尖鋭体(120)と、前記記録層をな
す表面のうちの前記書込表面とは反対側に位置した表面に対して接触している電
極(14)と、の間にわたって前記記録層(14)を通して電流を流すことによ
って、加熱を引き起こすことを特徴とする書込方法。 - 【請求項15】 請求項13記載の書込方法において、 前記書込フェーズにおいては、前記書込尖鋭体と前記書込表面を向いている表
面に対して接触している電極とをキャパシタプレートとして使用することによっ
て、前記記録層の領域の容量性加熱を引き起こすことを特徴とする書込方法。 - 【請求項16】 請求項14記載の書込方法において、 前記情報媒体に対して符号化情報を書き込むに際して、電流値を、前記記録層
の領域をアモルファス状態とするような第1値と前記記録層の領域を結晶状態と
するような第2値とのいずれかを(それぞれの符号化情報に応じて)選択するこ
とを特徴とする書込方法。 - 【請求項17】 請求項16記載の書込方法において、 前記情報媒体に対して符号化情報を書き込むに際して、前記情報媒体を初期的
にアモルファス状態のものとし、前記電流の第2値をゼロとすることを特徴とす
る書込方法。
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