JP2009032389A - 電場センサーのセンシング感度向上方法、電場センサーを採用した記憶装置、及びその情報再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電場センサーのセンシング感度向上方法、電場センサーを採用した記憶装置、及びその情報再生方法を提供する。
【解決手段】強誘電性記録媒体と、ソース領域及びドレイン領域が記録媒体の電気ドメインの分極電圧による電場の強度によって変わる抵抗を持つ抵抗領域によって電気的に相互連結された電場センサーと、ソース領域とドレイン領域との間にドレイン電圧を印加する電圧印加部と、ドレイン領域と電圧印加部との間の電気回路上に設置される一つ以上の負性抵抗素子を備えて、ドレイン領域と負性抵抗素子との間の電圧の変化を検出して再生信号を得る再生信号検出部と、を備える記憶装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、記憶装置及びその情報再生方法に係り、より詳細には、電場センサーを利用して強誘電性記録媒体に記録された情報を読み取る記憶装置及びその情報再生方法に関する。

コンピュータの主記憶装置として主に使われるＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）は、記録媒体を回転させつつ磁気記録再生ヘッドを利用して情報を記録再生する装置である。すなわち、磁場を利用して磁性記録媒体に第１方向及びその逆方向（以下、第２方向という）に磁化された複数の磁気ドメインを作り、第１方向に磁化された磁気ドメインをデータ‘０’に、第２方向に磁化された磁気ドメインをデータ‘１’に対応させる。
かかる磁気記録方式が使われるＨＤＤの記録密度はここ数十年間急激に増加しており、水平磁気記録方式のＨＤＤの場合、１００Ｇｂ／ｉｎ^２程度の記録密度を得ることができ、垂直磁気記録方式のＨＤＤの場合、最大５００Ｇｂ／ｉｎ^２程度の記録密度を得ることができると予想される。しかし、磁気記録再生ヘッドでは強い局部磁場を生成し難いため、記録密度を高めるのに限界がある。

最近、磁場ではなく電界によりデータが記録される強誘電性記録媒体及びその記録再生のための電場センサーについての研究がなされている。電界記録方式は、電界を利用して強誘電体の表面に第１方向及びその逆方向（以下、第２方向という）に分極された電気ドメインを形成し、第１、第２方向に分極された電気ドメインをデータ‘０’及び‘１’にそれぞれ対応させる方式である。電気ドメインの分極方向によってその上に位置する電場センサーの抵抗が変わるので、ヘッドのソース電極とドレイン電極との間に流れる電流量が変わる。この電流量の変化を検出することによって電気ドメインに書き込まれた情報を判別できる。電界記録再生方式によれば、１Ｔｂ／ｉｎ^２以上の高い記録密度を得ることができる。
電界記録再生ヘッドは、記録時には記録媒体に分極を誘発する電界を印加し、再生時には記録媒体の電気ドメインの分極電圧による電場の変化を検出する。電界記録再生ヘッドは、再生時には電界効果トランジスタチャンネル構造を持つ電場センサーとして動作する。さらに効果的な大容量の記憶装置を具現するためには、電場センサーのセンシング感度の向上が必須である。

本発明は、前記の必要性に鑑みてなされたものであり、電場センサーのセンシング感度を向上させる方法、再生感度が向上した記憶装置及びその情報再生方法を提供するところにその目的がある。

前記技術的課題を達成するための本発明の電場センサーのセンシング感度向上方法は、ソース領域、ドレイン領域、及び前記二つの領域を電気的に相互連結するものであって、電場の強度によって変わる抵抗を持つ抵抗領域を備えて、前記抵抗領域を通過して流れるドレイン電流の変化を測定して電場の変化を検出する電場センサーのセンシング感度向上方法であり、前記ドレイン電流の変化を測定するステップは、前記ドレイン電流を一つ以上の負性抵抗素子に流すステップと、前記ドレイン領域と前記負性抵抗素子との間の電圧の変化を検出するステップと、を含む。
一実施形態として、前記負性抵抗素子として、直列及び／または並列に連結された複数のトンネルダイオードを採用できる。前記複数のトンネルダイオードは、その負荷線の負性抵抗領域が前記電場センサーの前記ドレイン電圧に対するドレイン電流特性曲線の線形領域の勾配と類似した勾配を有し、前記負性抵抗領域と前記線形領域とが互いに交差するように直列及び／または並列に連結される。

前記技術的課題を達成するための本発明の記憶装置は、強誘電性記録媒体と、ソース領域、ドレイン領域、及び前記二つの領域を電気的に互いに連結するものであって、前記記録媒体の電気ドメインの分極電圧による電場の強度によって変わる抵抗を持つ抵抗領域を備える電場センサーと、前記ソース領域とドレイン領域との間にドレイン電圧を印加する電圧印加部と、前記ドレイン領域と前記電圧印加部との間の電気回路上に設置される一つ以上の負性抵抗素子を備え、前記ドレイン領域と前記負性抵抗素子との間の電圧の変化を検出して再生信号を得る再生信号検出部と、を備える。
一実施形態として、前記負性抵抗素子は、トンネルダイオードである。
一実施形態として、前記再生信号検出部は、直列及び／または並列に連結される複数の前記トンネルダイオードを備える。前記複数のトンネルダイオードは、その負荷線の負性抵抗領域が前記電場センサーの前記ドレイン電圧に対するドレイン電流特性曲線の線形領域の勾配と類似した勾配を有し、前記負性抵抗領域と前記線形領域とが互いに交差するように直列及び／または並列に連結される。
一実施形態として、前記電場センサーは、絶縁層を介して前記抵抗領域の上部に位置し、前記記録媒体の分極を誘発する臨界電圧以上の電圧が印加される書き込み電極をさらに備えることができる。

前記技術的課題を達成するための本発明の記憶装置の情報再生方法は、電気的分極によって情報を記録する強誘電性記録媒体と、ソース領域、ドレイン領域、及び前記二つの領域を電気的に互いに連結するものであって、前記記録媒体の電気ドメインの分極電圧による電場の強度によって変わる抵抗を持つ抵抗領域を備える電場センサーと、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間にドレイン電圧を印加する電圧印加部と、を備える記憶装置の再生方法であって、前記ドレイン領域と前記電圧印加部との間の電気回路上に一つ以上の負性抵抗素子を連結して、前記電場センサーの出力電流を前記負性抵抗素子に通過させるステップと、前記ドレイン領域と前記負性抵抗素子との間の電圧の変化を検出して再生信号を得るステップと、を含む。
一実施形態として、前記負性抵抗素子として、直列及び／または並列に連結された複数のトンネルダイオードを採用する。
一実施形態として、前記複数のトンネルダイオードは、その負荷線の負性抵抗領域が前記電場センサーの前記ドレイン電圧に対するドレイン電流特性曲線の線形領域の勾配と類似した勾配を有し、前記負性抵抗領域と前記線形領域とが互いに交差するように直列及び／または並列に連結される。

本発明の電場センサーの感度向上方法によれば、抵抗領域に印加される電場の強度の微弱な変化を非常に高い感度でセンシングすることができて、ノイズによる影響を低減できる。また、本発明の記憶装置及びその再生方法によれば、非常に高い再生感度を具現できる。

以下、添付した図面を参照して、本発明による電場センサーのセンシング感度向上方法、再生感度が向上した記憶装置及びその情報再生方法の実施形態を説明する。添付した図面に示した層や領域などの幅及び厚さは、明細書の明確性のために誇張して図示されたものである。そして添付した図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示す。

図１は、本発明による記憶装置の一実施形態の簡略な構造図である。本実施形態の記憶装置は、抵抗プローブタイプの電場センサーを採用する。電場センサー１００ａのボディＢ上には、低濃度不純物領域である抵抗領域Ｇと、抵抗領域Ｇの両側に位置する高濃度不純物領域であるソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄとが設けられる。ボディＢがｐ型半導体である場合には、抵抗領域Ｇはｎ−型不純物領域であり、ソース及びドレイン領域Ｓ及びＤは、ｎ＋型不純物領域である。ボディＢがｎ型半導体である場合には、抵抗領域Ｇはｐ−型不純物領域であり、ソース及びドレイン領域Ｓ及びＤはｐ＋型不純物領域である。抵抗領域Ｇは、記録媒体５００と対向する。電場センサー１００ａは、記録媒体５００に対して相対的に移動する。

図２は、本発明による記憶装置の他の実施形態を示す概略的な斜視図である。図３は、図２に示した記憶装置に適用された電場センサーの一例の斜視図である。本実施形態の記憶装置の駆動システムは、従来ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）の駆動システムと同一である。ただし、従来のＨＤＤでの磁性記録媒体が強誘電性記録媒体に代替され、さらに、磁性記録再生ヘッドがスライダータイプ電場センサー１００ｂに代替される。
図２を見れば、回転するディスクタイプの記録媒体５００が図示されている。スイングアーム３００の端部に設けられたサスペンション２００には、図３に示したような電場センサー１００ｂが取り付けられる。スイングアーム３００は、ボイスコイルモータ４００によって回動する。それにより、電場センサー１００ｂは、エアーベアリング効果によって記録媒体５００の表面から浮き上がる。

図３を見れば、半導体基板１０は、記録媒体５００と対向する第１面１１と、第１面１１と接する第２面１２とを備える。基板１０は、ｐ型またはｎ型半導体物質であり、第１面１１と第２面１２とは垂直でありうる。基板１０上には、低濃度不純物領域である抵抗領域Ｇと、抵抗領域Ｇの両側に位置する高濃度不純物領域であるソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄとが設けられる。ソース電極Ｅ１とドレイン電極Ｅ２とは、それぞれソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄと電気的に接続される。基板１０がｐ型半導体である場合には、抵抗領域Ｇはｎ−型不純物領域であり、ソース及びドレイン領域Ｓ及びＤはｎ＋型不純物領域であり、基板１がｎ型半導体である場合には、抵抗領域Ｇはｐ−型不純物領域であり、ソース及びドレイン領域Ｓ及びＤはｐ＋型不純物領域である。電場センサー１００ｂが書き込み機能を持つ場合には、抵抗領域Ｇ上に絶縁膜２１が設けられ、絶縁膜２１上にゲート電極Ｗが設けられる。ゲート電極Ｗは書き込み電極である。以下では、書き込み電極Ｗと通称する。露出されたソース領域Ｓとドレイン領域Ｄ上には絶縁膜２２が設けられる。
基板１０の第１面１１上には、空気ベアリング面（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ；以下、ＡＢＳ）パターン３０が形成される。ＡＢＳパターン３０は、それを備える電場センサー１００ｂが記録媒体５００の表面から浮き上がるように作用する。

記録媒体５００は強誘電性記録媒体である。図面には図示されていないが、記録媒体５００は、基板上に下部電極、強誘電体層が順次に形成された形態である。基板はＳｉ、ガラスなどで形成される。下部電極は、半導体メモリ素子に使われる電極物質を使用でき、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどの金属またはＳｒＲｕＯ_３、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯなどの金属酸化物などで形成できる。下部電極は接地される。強誘電体層はＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ_１−ｘＯ_３）、ＰｂＴｉＯ_３、ＰｂＺｒＯ_３、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９（ＳＢＴ）、ＫＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３などの強誘電物質で形成できる。強誘電体層上には保護層がさらに設けられる。保護層は、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）と通例的なハードディスクの表面に使用する潤滑剤とを共に使用して形成でき、ＤＬＣと潤滑剤のうち、いずれか１つで形成することも可能である。

以下、図１ないし図３を参照して記録媒体５００から情報を再生する原理を説明する。
電圧印加部６１０は、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄとの間にドレイン電圧Ｖｄを印加する。抵抗領域Ｇは、ソース領域Ｓとドレイン領域Ｄとの間で電流が流れうる通路となる。抵抗領域Ｇに加えられる電場の強度によって、抵抗領域Ｇの抵抗値が変わる。それにより、ソース領域Ｓからドレイン領域Ｄに流れるドレイン電流Ｉｄの量が変わる。再生信号検出部６２０は電流Ｉｄの変化量を検出する。以下では、説明の便宜のために電場センサー１００ａ、１００ｂは電場センサー１００と通称する。

電場センサー１００のソース及びドレイン領域Ｓ及びＤがｎ＋領域であり、抵抗領域Ｇがｎ−領域である場合、抵抗領域Ｇと対向する記録媒体５００の電気ドメインが第１分極方向に分極されてその表面電荷が負（−）ならば、抵抗領域Ｇの電子密度が減少して抵抗領域Ｇの抵抗値は大きくなる。それにより、抵抗領域Ｇを通じてソース領域Ｓからドレイン領域Ｄに流れる電流量は減少する。それに対し、抵抗領域Ｇと対向する記録媒体５００の電気ドメインが第２分極方向に分極されてその表面電荷が正（＋）ならば、抵抗領域Ｇの電子密度が増加して抵抗領域Ｇの抵抗値は小さくなる。それにより、抵抗領域Ｇを通じてソース領域Ｓからドレイン領域Ｄに流れる電流量は増加する。再生信号検出部６２０は、電流量の変化に基づいて再生信号を生成する。この再生信号に基づいて記録媒体５００の表面に記録された情報を読み取ることができる。

図２及び図３を参照しつつ記録媒体５００に情報を記録する動作を説明する。電場センサー１００の書き込み電極Ｗに、臨界電圧以上の正（＋）の電圧または負（−）の電圧を印加する。それにより、書き込み電極Ｗに臨界電圧以上の正（＋）の電圧を印加すれば、書き込み電極Ｗと対向する記録媒体５００の電気ドメインは第１分極方向に分極され、該当電気ドメインの表面は負（−）の電荷を帯びる。それに対し、書き込み電極Ｗに臨界電圧以下の負（−）の電圧を印加すれば、書き込み電極Ｗと対向する記録媒体５００の電気ドメインは第２分極方向に分極され、該当電気ドメインの表面は正（＋）の電荷を帯びる。このように、書き込み電極Ｗに印加される電圧によって強誘電性記録媒体５００の電気ドメインの分極方向が変わり、それにより、記録媒体５００に情報が記録されうる。

図４には、電場センサー１００のドレイン電圧−ドレイン電流曲線が図示されている。ドレイン電圧−ドレイン電流曲線の線形領域で、記録媒体５００の表面電圧Ｖｇの変化に対するドレイン電流Ｉｄの小さな変化量を直接読み取る場合には、センシング感度が非常に低い。センシング感度が低ければ、検出信号がノイズに容易に影響される。したがって、電場センサー１００の分解能を向上させるためには、高いセンシング感度が確保されねばならない。例えば、図５に示したように、電場センサー１００は、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）として設計されうる。ドレイン電流Ｉｄの変化量を検出するために、ドレイン領域Ｄと電圧印加部６１０とを連結する電気回路に抵抗素子Ｒを設置する。抵抗素子Ｒとして負荷線Ｌ１が、電圧−電流グラフ（図４参照）で負の勾配を持つ陽性抵抗素子を採用する場合を考慮する。図４で記録媒体５００の表面電圧がそれぞれＶｇ１、Ｖｇ２である場合、出力電圧ＶｏはそれぞれＶ１、Ｖ２になり、出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏは、Ｖ１とＶ２との差である。出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏが大きいほどセンシング感度は向上するが、抵抗素子Ｒとして陽性抵抗素子を採用すれば、図４で確認できるように、出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏを増加させるのが非常に困難である。すなわち、記録媒体５００の表面電圧Ｖｇの変化によるドレイン電流Ｉｄの変化量が非常に小さいため、陽性抵抗素子を利用する場合に出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏを大きくするのは非常に困難である。

本発明は、ドレイン領域Ｄと電圧印加部６１０とを連結する電気回路に負性抵抗素子を設置してセンシング感度を向上させたことを特徴とする。図４を参照すれば、負性抵抗素子の負荷線Ｌ２は、陽性抵抗素子の負荷線Ｌ１と逆方向の勾配を持つ。負性抵抗素子を採用した場合、記録媒体５００の表面電圧がそれぞれＶｇ１、Ｖｇ２である場合、出力電圧ＶｏはそれぞれＶ１´とＶ２´になる。したがって、負性抵抗素子を採用した場合の出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏは、陽性抵抗素子を採用した場合の出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏより非常に大きいというということが分かる。

以下では、負性抵抗素子を採用した場合のセンシング感度向上効果を間接的な方法によってシミュレーションした結果を説明する。
図６には、負性抵抗素子としてトンネルダイオードＴを採用した例が開示されている。トンネルダイオードＴは、ｐ領域及びｎ領域の不純物の濃度を高めて非常に狭い空乏層を持つようにしたｐ−ｎ接合ダイオードである。図７には、Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ Ｃｏｒｐ．製のＳｉトンネルダイオード１Ｎ２９２７の電圧−電流特性が図示されている。図７を見れば、参照符号Ｒ１で表示された領域では、電圧が増大する時にかえって電流が減少する。この領域が負性抵抗領域である。

図８には、トンネルダイオードＴを採用した再生信号検出部６２０の効果を検討するために、電場センサー１００を電界効果トランジスタＭに代替した回路図が図示されている。本実験では、２Ｎ７００２／ＰＬＰ（ｎ−ｃｈａｎｎｅｌ ｖｅｒｔｉｃａｌ ＤＭＯＳＦＥＴ）を利用する。図８に示した回路図で、ドレイン電圧Ｖｄを０Ｖから２Ｖに変化させつつ、ゲート電極に印加される電圧Ｖｇを３．９５Ｖから４．０５Ｖに変化させた場合のドレイン電流Ｉｄの変化を示すグラフが、図９に図示されている。電圧Ｖｇを３．９５Ｖから４．０５Ｖに変化させる間のドレイン電流Ｉｄの変化量は、約４０μＡに過ぎない。

図１０は、負性抵抗素子の負荷線を得るための回路図である。出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏを大きくしてセンシング感度を高めるためには、負性抵抗素子の負荷線の負性抵抗領域が電場センサー１００の線形領域と交差せねばならない。負性抵抗素子の負荷線の負性抵抗領域の勾配が、電場センサー１００のドレイン電圧−ドレイン電流特性曲線の線形領域の勾配と類似しているほど、出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏは大きくなってセンシング感度も向上する。そのために、直列及び／または並列に連結された複数の負性抵抗素子、例えば、複数のトンネルダイオードＴが採用されうる。複数のトンネルダイオードＴが直列に連結されれば、負荷線の負性抵抗領域の勾配が緩やかになり、複数のトンネルダイオードＴが並列に連結されれば、負荷線の負性抵抗領域の勾配が急になる。

本シミュレーションでは、Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ Ｃｏｒｐ．製のＳｉトンネルダイオード１Ｎ２９２７を２１個使用して、２Ｎ７００２／ＰＬＰ（ｎ−ｃｈａｎｎｅｌ ｖｅｒｔｉｃａｌ ＤＭＯＳＦＥＴ）のドレイン電圧−ドレイン電流曲線の線形領域と負性抵抗素子の負荷線の負性抵抗領域とを交差させる。
電圧Ｖｂを２Ｖに固定し、電圧Ｖａを０Ｖから２Ｖまでスイープ（ｓｗｅｅｐ）しつつ求めた負荷線Ｌ３が図１１に図示されている。図１１と図４とを比較すれば、負荷線Ｌ３の領域Ｒ１´は図４の負荷線Ｌ２と同じ形状であることが分かる。

図１２には、図８及び図１０に示した回路図を合成した回路図が図示されている。この回路図で、与えられた電圧Ｖｇに対して電界効果トランジスタＭに流れる電流量とトンネルダイオードＴに流れる電流量とが同じになる電流量が作動電流量になる。図１３には、図９と図１１とのグラフを合成したグラフが図示されている。図１３を見れば、電圧Ｖｇが４．０５Ｖである時、曲線Ｃ２とトンネルダイオードＴの負荷線Ｌ３とが出合う点Ａが作動点になる。また、電圧Ｖｇが３．９５Ｖである時、曲線Ｃ１とトンネルダイオードＴの負荷線Ｌ３とが出合う点Ｂが作動点になる。電圧Ｖｇが３．９５Ｖから４．０５Ｖに変わる間の出力電圧Ｖｏの変化量ΔＶｏはＶＢ−ＶＡになり、ドレイン電流Ｉｄの変化量ΔＩｄはＩｄＢ−ＩｄＡとなる。もし、トンネルダイオードＴを使用しない場合に、電圧Ｖｇが３．９５Ｖから４．０５Ｖに変わる間に検出できるドレイン電流Ｉｄの変化量ΔＩｄの最大値は、ＩｄＡ´とＩｄＢ´との差に過ぎない。図１４には、電圧Ｖｇ−ドレイン電流Ｉｄ曲線が図示されている。図１４を参照すれば、トンネルダイオードＴを採用した再生信号検出部６２０によれば、電圧Ｖｇが３．９５Ｖから４．０５Ｖに変わる間にドレイン電流Ｉｄの変化量ΔＩｄは、約１２０μＡである。これに対し、トンネルダイオードＴを使用していない場合に、電圧Ｖｇが３．９５Ｖから４．０５Ｖに変わる間に検出できるドレイン電流Ｉｄの変化量ΔＩｄの最大値は、約４０μＡである。したがって、トンネルダイオードＴを採用した再生信号検出部６２０によれば、約３倍のセンシング感度向上効果を得ることができる。

前述したシミュレーションでは電場センサー１００の代りに電界効果トランジスタを使用した。しかし、電場センサー１００は電界効果トランジスタとして設計され、シミュレーションを通じてその効果が確認されて、電場センサー１００のセンシング感度向上のために適用できるということを当業者ならば理解できるであろう。
また、前述したシミュレーションでは、２Ｎ７００２／ＰＬＰ（ｎ−ｃｈａｎｎｅｌ ｖｅｒｔｉｃａｌ ＤＭＯＳＦＥＴ）のドレイン電圧−ドレイン電流曲線の特性を考慮して、Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ Ｃｏｒｐ．製のＳｉトンネルダイオード１Ｎ２９２７を２１個使用したが、このシミュレーションは一例に過ぎない。当業者ならば、本明細書に記載された事項を参照して、負荷線が図１に示したプローブタイプ電場センサー１００ａ、または図２に示したスライダータイプ電場センサー１００ｂのドレイン電圧−ドレイン電流曲線の線形領域と交差し、また、その負性抵抗領域がドレイン電圧−ドレイン電流曲線の線形領域の勾配と類似した勾配を持つようにするために、複数の負性抵抗素子を直列及び／または並列に連結できるということが理解できるであろう。

前述したように、負性抵抗素子を備える再生信号検出部６２０を採用することによって、電場センサー１００のセンシング感度を向上させることができる。再生信号検出部６２０は、出力電圧Ｖｏを増幅するための増幅器と、増幅された信号をデジタル信号に変換するためのアナログ−デジタル変換器とをさらに備えることができる。出力電圧Ｖｏをコンピュータなどの情報処理装置が認識できる再生信号で処理する過程は当業界で公知であるので、その詳細な説明は省略する。例えば、従来のハードディスクドライブの信号処理構造をそのまま適用してもよい。
前記の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、これらは発明の範囲を限定するものではなく、好ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。

本発明は、ＨＤＤなどの記憶装置に好適に用いられる。

本発明による記憶装置の一実施形態の概略的な構成図である。 本発明による記憶装置の他の実施形態の概略的な構成図である。 図２に示した記憶装置に採用された電場センサーの斜視図である。 電場センサーのドレイン電圧−ドレイン電流特性曲線を示すグラフである。 再生信号検出部の一例を示す模式図である。 トンネルダイオードを採用した再生信号検出部の一例を示す模式図である。 トンネルダイオードの電圧−電流特性曲線を示すグラフである。 電界効果トランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流特性曲線をシミュレーションするための回路図である。 図８に示した回路図によってシミュレーションされた電界効果トランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流特性曲線を示すグラフである。 トンネルダイオードの負荷線をシミュレーションするための回路図である。 図８に示した回路図によってシミュレーションされたトンネルダイオードの負荷線を示すグラフである。 トンネルダイオードを採用した再生信号検出部の効果をシミュレーションするための回路図である。 図１２に示した回路図によってシミュレーションされたトンネルダイオードの負荷線と、電界効果トランジスタのドレイン電圧−ドレイン電流特性曲線とを示すグラフである。 図１２に示した回路図によった電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 半導体基板
１１ 第１面
１２ 第２面
２１ 絶縁膜
２２ 絶縁膜
３０ ＡＢＳパターン
１００ａ、１００ｂ 電場センサー
２００ サスペンション
３００ スイングアーム
４００ ボイスコイルモータ
５００ 記録媒体
６１０ 電圧印加部
６２０ 再生信号検出部
Ｄ ドレイン領域
Ｅ１ ソース電極
Ｅ２ ドレイン電極
Ｇ 抵抗領域
Ｓ ソース領域
Ｗ 書き込み電極

Claims (11)

1. ソース領域、ドレイン領域、及び前記二つの領域を電気的に相互連結するものであって、電場の強度によって変わる抵抗を持つ抵抗領域を備えて、前記抵抗領域を通過して流れるドレイン電流の変化を測定して電場の変化を検出する電場センサーのセンシング感度向上方法であり、
   前記ドレイン電流の変化を測定するステップは、
   前記ドレイン電流を一つ以上の負性抵抗素子に流すステップと、
   前記ドレイン領域と前記負性抵抗素子との間の電圧の変化を検出するステップと、を含む電場センサーのセンシング感度向上方法。
2. 前記負性抵抗素子として、直列及び／または並列に連結された複数のトンネルダイオードを採用することを特徴とする請求項１に記載の電場センサーのセンシング感度向上方法。
3. 前記複数のトンネルダイオードは、その負荷線の負性抵抗領域が前記電場センサーの前記ドレイン電圧に対するドレイン電流特性曲線の線形領域の勾配と類似した勾配を有し、前記負性抵抗領域と前記線形領域とが互いに交差するように直列及び／または並列に連結されることを特徴とする請求項２に記載の電場センサーのセンシング感度向上方法。
4. 強誘電性記録媒体と、
   ソース領域、ドレイン領域、及び前記二つの領域を電気的に互いに連結するものであって、前記記録媒体の電気ドメインの分極電圧による電場の強度によって変わる抵抗を持つ抵抗領域を備える電場センサーと、
   前記ソース領域とドレイン領域との間にドレイン電圧を印加する電圧印加部と、
   前記ドレイン領域と前記電圧印加部との間の電気回路上に設置される一つ以上の負性抵抗素子を備え、前記ドレイン領域と前記負性抵抗素子との間の電圧の変化を検出して再生信号を得る再生信号検出部と、を備える記憶装置。
5. 前記負性抵抗素子は、トンネルダイオードであることを特徴とする請求項４に記載の記憶装置。
6. 前記再生信号検出部は、直列及び／または並列に連結される複数の前記トンネルダイオードを備えることを特徴とする請求項５に記載の記憶装置。
7. 前記複数のトンネルダイオードは、その負荷線の負性抵抗領域が前記電場センサーの前記ドレイン電圧に対するドレイン電流特性曲線の線形領域の勾配と類似した勾配を有し、前記負性抵抗領域と前記線形領域とが互いに交差するように直列及び／または並列に連結されたことを特徴とする請求項６に記載の記憶装置。
8. 前記電場センサーは、絶縁層を介して前記抵抗領域の上部に位置し、前記記録媒体の分極を誘発する臨界電圧以上の電圧が印加される書き込み電極をさらに備えて記録及び再生が可能なことを特徴とする請求項４に記載の記憶装置。
9. 電気的分極によって情報を記録する強誘電性記録媒体と、ソース領域、ドレイン領域、及び前記二つの領域を電気的に互いに連結するものであって、前記記録媒体の電気ドメインの分極電圧による電場の強度によって変わる抵抗を持つ抵抗領域を備える電場センサーと、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間にドレイン電圧を印加する電圧印加部と、を備える記憶装置の再生方法であって、
   前記ドレイン領域と前記電圧印加部との間の電気回路上に一つ以上の負性抵抗素子を連結して、前記電場センサーの出力電流を前記負性抵抗素子に通過させるステップと、
   前記ドレイン領域と前記負性抵抗素子との間の電圧の変化を検出して再生信号を得るステップと、を含む記憶装置の情報再生方法。
10. 前記負性抵抗素子として、直列及び／または並列に連結された複数のトンネルダイオードを採用することを特徴とする請求項９に記載の記憶装置の情報再生方法。
11. 前記複数のトンネルダイオードは、その負荷線の負性抵抗領域が前記電場センサーの前記ドレイン電圧に対するドレイン電流特性曲線の線形領域の勾配と類似した勾配を有し、前記負性抵抗領域と前記線形領域とが互いに交差するように直列及び／または並列に連結されることを特徴とする請求項１０に記載の記憶装置の情報再生方法。

Images