JP2011216143A - 強誘電体記録媒体、情報処理装置、および情報処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強誘電体記録層上に保護層や潤滑剤層を形成した場合にも、安定した記録再生が可能な強誘電体記録媒体を提供する。
【解決手段】電極層上に強誘電体記録層を有する強誘電体記録媒体であって、前記強誘電体記録層上に、絶縁体中に導電性粒子が分散された被覆層を有する。情報の記録再生は、導電性プローブを用いて、走査型非線形誘電体測定法に基づいて行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、強誘電体の分極反転を利用して情報を記録することが可能な強誘電体記録媒体に関するものである。
更に本発明は、前記強誘電体記録媒体を含む情報処理装置、および前記強誘電体記録媒体を用いる情報処理方法に関するものである。

近年、テラバイト級の情報を高速に伝達するための手段が著しく発達し、莫大な情報をもつ画像およびデータ転送が可能となった。このデータ転送技術の向上とともに、情報を記録、再生および保存するための記録再生装置および記録媒体には更なる高記録容量化が要求されている。しかし、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）に代表される磁気記録は、長手記録では熱揺らぎにより記録密度が１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²程度が限界であり、垂直記録を行ったとしても、１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ²程度が限界とされている。また、熱記録媒体も知られているが、記録に熱伝導が介在するため、実現可能な記録密度は５００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²〜１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ²程度である。

これに対し近年、高容量記録媒体として、強誘電体の自発分極を利用した記録方式（強誘電体記録）が注目を集めている。強誘電体記録は、外部電界印加による強誘電体の自発分極を利用することにより、従来の記録方式を大きく超える高容量化を達成できる可能性がある。

上記強誘電体記録媒体への情報の記録は、電極層上に形成した強誘電体記録層上でＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等の導電性プローブを走査することによりプローブと電極層との間に電界を印加し、この電界により強誘電体記録層において分極反転を起こし微小ドメイン（分極領域）を形成することにより行われる。こうして記録された情報も、強誘電体記録層上で導電性プローブを走査することにより行われる。このような記録方式では、プローブとの接触や衝突によって強誘電体記録層に破損や磨耗が発生することが懸念される。そこで、これらを防止するために強誘電体記録層上に保護層を設けることや、強誘電体記録層上に潤滑剤層を形成することが提案されている（特許文献１および２参照）。

特開平９−１９８７２９号公報 特許第４１４１７４５号明細書

上記のように強誘電体記録層上に保護層や潤滑剤層を形成することは、強誘電体記録媒体の耐久性を高めるうえで有効な手段である。しかし本発明者の検討の結果、上記のように強誘電体層上に保護層等を形成した記録媒体では、安定した記録再生が困難となる場合があることが判明した。

そこで本発明の目的は、強誘電体記録層上に保護層や潤滑剤層を形成した場合にも、安定した記録再生が可能な強誘電体記録媒体を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、記録層上に設けた層が絶縁性であると、該層の表面が帯電しプローブと媒体との間の距離制御に不具合が生じることが安定した記録再生が困難になる原因であるとの結論を得るに至った。これは、媒体表面が帯電すると、プローブと媒体との間にクーロン力による斥力または引力が働くためである。しかし、強誘電体記録では、局所的に電界を印加することにより記録層に微小ドメイン（分極領域）を形成するため、記録層上に設けた層の導電性が高いと局所的な電界印加が不可能となりシャープな記録ビットを形成することできず記録特性が低下することとなる。
以上の知見に基づき本発明者は更に検討を重ねた結果、記録層の保護等を目的として記録層上に形成する層を、絶縁体中に導電性粒子を分散した層とすることにより、上記目的が達成できることを見出した。これは、層内に局所的に存在する導電性粒子が帯電防止の役割を果たしたうえで、導電性粒子によって占有されていない部分（絶縁体）で局所的な電界印加が可能になるためと考えられる。
本発明は、以上の知見に基づき完成された。

即ち、上記目的は、下記手段によって達成された。
［１］電極層上に強誘電体記録層を有する強誘電体記録媒体であって、
前記強誘電体記録層上に絶縁体中に導電性粒子が分散された被覆層を有することを特徴とする強誘電体記録媒体。
［２］前記導電性粒子による被覆層表面の占有率は、１０〜７０％の範囲である［１］に記載の強誘電体記録媒体。
［３］前記導電性粒子の平均粒子径は、１〜１００ｎｍの範囲である［１］または［２］に記載の強誘電体記録媒体。
［４］前記導電性粒子は、その表面の一部が被覆層表面上に露出して存在する［１］〜［３］のいずれかに記載の強誘電体記録媒体。
［５］［１］〜［４］のいずれかに記載の強誘電体記録媒体と、
上記強誘電体記録媒体に対し情報の記録および／または再生を行う導電性プローブを有する情報処理ヘッドと、
を含む情報処理装置。
［６］前記情報処理ヘッドは、走査型非線形誘電体測定法に基づき情報の記録および／または再生を行うヘッドである、［５］に記載の情報処理装置。
［７］［１］〜［４］のいずれかに記載の強誘電体記録媒体における情報処理方法であって、
情報処理ヘッドの導電性プローブと上記強誘電体記録媒体に含まれる電極層との間に電界を印加することにより、該強誘電体記録媒体に含まれる強誘電体記録層に分極領域を形成することによって情報を記録する、前記情報処理方法。
［８］前記情報を、前記強誘電体記録媒体の被覆層に含まれる導電性粒子の平均直径よりも大きなビット長で記録する、［７］に記載の情報処理方法。
［９］前記記録された情報を、走査型非線形誘電体測定法に基づき再生する、［７］または［８］に記載の情報処理方法。

本発明によれば、耐久性低下を抑制しつつ、安定な記録再生が可能な強誘電体記録媒体を提供することができる。

本発明の強誘電体記録媒体の層構成の一例を示す概略断面図である。 強誘電体記録層への情報記録方法の説明図である。 実施例における強誘電体記録媒体の製造工程の説明図である。 実施例で使用したスパッタリング装置の概略図である。

［強誘電体記録媒体］
本発明は、電極層上に強誘電体記録層を有する強誘電体記録媒体に関する。本発明の強誘電体記録媒体は、前記強誘電体記録層上に絶縁体中に導電性粒子が分散された被覆層を有するものである。前述のように、上記構成とすることにより、導電性粒子による帯電防止と絶縁体部分における局所的な電界印加が可能となり、耐久性低下抑制と安定な記録再生を両立することができる。
なお、本発明において「強誘電体記録層」とは、強誘電体の分極反転を利用して情報の記録が可能な層を意味し、「導電性粒子」とは、比抵抗が１×１０³Ω・ｍより低いことを意味し、「絶縁体」とは、比抵抗が１×１０³Ω・ｍ以上であることを意味するものとする。また、以下に記載の「導電性」、「導電体」、「絶縁性」についても同様である。導電性粒子の比抵抗は、帯電防止効果の点からは、１×１０⁰Ω・ｍ以下であることが好ましく、１×１０^-6Ω・ｍ以下であることがより好ましい。その下限値は特に限定されるものではないが、入手可能な導電性材料の比抵抗を考慮すると、１×１０^-8Ω・ｍ程度である。
また、シャープな記録ビットを形成するうえで、被覆層を構成する絶縁体の比抵抗は、１×１０⁶Ω・ｍ以上であることが好ましい。その上限値は特に限定されるものではないが、入手可能な絶縁性材料の比抵抗を考慮すると、１×１０¹⁸Ω・ｍ程度である。
以上説明した比抵抗は、例えば四探針法、二重リング方式（二重リング電極法）、またはＪＩＳ Ｃ ６４７１に準拠した方法等によって測定することができる。一般に、低抵抗材料の比抵抗は、四探針法によって測定することが好ましく、高抵抗材料の比抵抗は二重リング方式またはＪＩＳ Ｃ ６４７１に準拠した方法によって測定することが好ましい。したがって、上記導電性粒子を構成する材料（導電性材料）の比抵抗は、四探針法により測定することが好ましい。四探針法による測定には、例えば三菱化学アナリテック製抵抗率計ロレスタＧＰを使用することができる。一方、絶縁体（絶縁性材料）の比抵抗は、二重リング方式またはＪＩＳ Ｃ ６４７１に準拠した方法により測定することが好ましい。二重リング方式による測定には、例えば三菱化学アナリテック製抵抗率計ハイレスタＨＰを使用することができる。

本発明の強誘電体記録媒体は、電極層上に強誘電体記録層、絶縁性層、および絶縁体中に導電性粒子が分散された被覆層をこの順に有する。上記層構成を有する、本発明の記録媒体の層構成の一例（概略断面図）を、図１に示す。図１に示す被覆層は、絶縁体中に導電性粒子が分散されたものであるため、導電性粒子によって占有されていない部分は絶縁性領域となる。強誘電体記録層上に導電性領域と絶縁性領域が形成されるため、導電性領域（導電性粒子によって占有されている部分）において帯電防止、絶縁性領域（絶縁体部分）においてシャープな記録ビット形成が、それぞれ可能となる。
以下、本発明の強誘電体記録媒体（以下、単に「記録媒体」または「媒体」ともいう）について、更に詳細に説明する。

電極層
電極層は、スパッタや蒸着等の手段で、例えば後述する強誘電体記録層上に導電性薄膜を形成することにより作製することができる。導電性薄膜の材料としては、アルミニウム、クロム、白金等の金属材料や耐食性に優れたＩｎＯ₂等の酸化物導電膜を用いることができる。または、基板を導電性材料から構成することにより、該基板を電極層として機能させることもできる。上記電極層は、導電性プローブの対向電極として機能するものである。

基板上に電極層を設ける態様では、基板の電気的特性は特に限定されず、絶縁体、導電体のいずれであってもよい。基板材料については、例えば特開平９−１９８７２９号公報段落［００４７］〜［００４９］を参照できる。基板への電極層の固着は、樹脂系の接着剤を使用する等、公知の方法で行うことができる。

以上説明した電極層の厚さは、例えば１０〜５００ｎｍであり、基板の厚さは、例えば１００μｍ〜１ｍｍであるが、その目的を達成するものであればよく、上記厚さに限定されるものではない。

強誘電体記録層
強誘電体記録層を構成する強誘電体材料は、強誘電性を示すものであればよく特に限定されるものではない。電気的特性の点からは酸化物強誘電体が好ましく、その具体例としては、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃ ）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃ ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）等を挙げることができる。例えば、結晶面がＺ−ｃｕｔのＬｉＴａＯ₃単結晶は、情報を記録媒体の表面と垂直な分極方向に記録する強誘電体材料として適している。強誘電体記録層の膜厚は、好ましくは５ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上、さらに好ましくは２０ｎｍ以上であり、好ましくは１０００ｎｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは７０ｎｍ以下である。強誘電体記録層が薄すぎると、分極反転が困難となり、厚すぎると強誘電体記録層を分極反転するために必要な電圧が大きくなって、大きな書き込み電圧が必要になるからである。所望厚さの強誘電体記録層とするために、後述する絶縁層の形成前に、強誘電体記録層表面を機械加工（研磨、研削等）および／またはエッチングすることもできる。

上記強誘電体記録層に情報を記録し、保持する原理は以下のとおりである。すなわち、強誘電体は、その抗電界を超える電界を印加することによって分極方向が変化する性質を有する。また、強誘電体は、電界の印加によって分極方向を変化させると、その後、電界の印加を止めても、その分極方向を維持する性質を有する（自発分極）。これらの性質を利用して、情報を強誘電体記録層に記録し、保持する。例えば、強誘電体記録層全体の分極方向を、記録媒体の表面と垂直の一方向（例えば図２に示すように下向き）に予め揃えておく。そして、強誘電体記録層に、抗電界を超える電界を、記録媒体の表面と垂直な方向に、局所的に印加する。これにより、電界を印加した部分の分極方向が反転し、その後、電界の印加を止めても、当該分極方向は反転した状態が維持される。例えば、図２において、記録すべき情報が「０」および「１」からなる２値のデジタルデータである場合には、ビット状態「０」を下向きの分極方向に対応させ、ビット状態「１」を上向きの分極方向に対応させる。この場合には、ビット状態「１」を記録するときに限り、強誘電体記録層に電界を印加すればよい。このようにして、情報を強誘電体記録層に記録し、保持することができる。
一方、強誘電体記録層に分極方向として記録された情報を再生する原理は、以下のとおりである。すなわち、強誘電体の非線形誘電率は、分極方向によって異なる。この非線形誘電率の相違は、強誘電体に抗電界よりも小さい交番電界を、記録媒体の表面と垂直な方向に印加し、その状態で、強誘電体の容量変化を検出することにより知ることができる。このときの強誘電体の容量変化は微弱であるが、後述するＳＮＤＭ方式によれば、これを高感度に検出することが可能である。このようにして強誘電体記録層の非線形誘電率（容量変化）を検出することにより、強誘電体記録層の分極方向を読み取ることで、記録した情報を再生することができる

ここで強誘電体記録層の導電性プローブ側の表面を導電性層によって被覆してしまうと、上記した局所的な電界印加ができずシャープな記録ビット（分極領域）を形成することが困難となる。他方、強誘電体記録層の導電性プローブ側の表面を絶縁性層のみで被覆すると、媒体表面の帯電によりプローブと媒体との間の距離制御に不具合が生じ、安定な記録再生を行うことができなくなる。
これに対し本発明では、強誘電体記録層上に、以下に記載の被覆層を設けることにより、帯電防止とシャープな記録ビットの形成、即ち高密度記録を両立することができる。

被覆層
前述の通り、強誘電体記録層上に導電性の連続相を設けるとシャープな記録ビットの形成が困難となるため、本発明の記録媒体には、絶縁体に導電性粒子が分散された被覆層を設ける。絶縁体としては、シリコン等の半導体、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等の酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ホウ素などの窒化物、炭化ケイ素、炭化ホウ素などの炭化物、高分子絶縁材料、などが使用可能である。強誘電体記録層を保護し、その耐久性低下を抑制する観点からは硬度が高い材料が好ましい。この点からは窒化物や炭化物が好ましいが、電気的特性の点からは酸化物も好適である。
または、本発明の強誘電体記録媒体は、プローブとの接触による磨耗を抑制するための潤滑剤層として、前記被覆層を有することもできる。上記潤滑剤層である被覆層を形成する潤滑剤としては、固体潤滑剤が好ましい。中でも、ステアリン酸などの飽和脂肪酸、フタロシアニン等の染料、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）などのフッ素系樹脂など、特にＰＦＰＥなどのフッ素系樹脂が、潤滑性が良く好ましい。その具体例としては、ソルベイ・ソクシス株式会社（Solvay Solexis K.K.）製Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚ−ｔｅｔｒａｏｌ、Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚ−ｄｏｌ、および株式会社松村石油研究所（Matsumura Oil Research Corp.）製のＭｏｒｅｓｃｏ Ｐｈｏｓｐａｒｏｌ Ａ２０Ｈなどのフォンブリン系、またはダイキン工業社製Ｄｅｍｎｕｍ−ＳＡ（商標登録）などのデムナム系のような潤滑剤を挙げることができる。

上記被覆層は、強誘電体記録層をプローブとの接触による損傷や磨耗から保護する保護層または潤滑剤層として機能することができる。保護層または潤滑剤として機能し得るためには被覆層の厚さは０．５ｎｍ以上であることが好ましく、１ｎｍ以上であることがより好ましく、２ｎｍ以上であることが更に好ましい。一方、分極反転のために要する電圧を考慮すると、その厚さは５０ｎｍ以下であることが好ましく、３０ｎｍ以下であることがより好ましく、２０ｎｍ以下であることが更に好ましい。なお、本発明では、強誘電体記録層上に２層以上の前記被覆層を形成することも可能である。その場合、上記厚さは複数の被覆層の厚さの合計が、上記範囲にあることが好ましい。

絶縁体に分散させる導電性粒子は、導電性を有するものである限り特に限定されるものではない。その具体例としては、カーボンブラック、黒鉛、金、銀、銅、白金、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、タングステン、タンタル、パラジウム、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化スズ、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどが挙げられる。また、前記導電性粒子は、最表面が導電性であればその効果を発揮するものであるため、内部が絶縁性であってもよい。即ち、絶縁性のコアに導電性のシェルが被覆されたコア／シェル構造の粒子であってもよい。そのような粒子については、例えば特開２００６−１５６０６８号公報段落［０００８］〜［０１４３］を参照できる。

前記導電性粒子は、媒体表面の帯電防止に寄与するものであるが、強誘電体記録層全面を導電性材料で被覆するとシャープな記録ビットを形成することが困難となる。したがって本発明では、導電性粒子を絶縁体に分散させることにより強誘電体記録層上に導電性領域を不連続に設ける。導電性粒子は、その表面の一部が被覆層表面上に露出して存在することも可能である。
なお、後述するように、記録再生時にはプローブを強誘電体記録媒体の表面（記録面）に接触させ、またはプローブを強誘電体記録媒体の表面のきわめて近い位置に接近させる。そのため、記録再生速度が速くなるほどプローブと媒体表面との接触による出力変動や磨耗が顕在化する傾向にある。したがって高速記録再生時（例えばスキャン速度３００μｍ／ｓ以上、更には５００μｍ／ｓ以上）には、上記現象の発生を防ぐために媒体表面の平滑性を高めることが好ましい。具体的には、高速記録再生用媒体としては、原子間力顕微鏡で測定した表面平均粗さＲａが、５．０ｎｍ以下（より好ましくは２．０ｎｍ以下）となる表面平滑性を有することが好ましい。上記Ｒａの下限値は、特に限定されるものではないが、例えば０．１ｎｍ程度である。前記表面粗さＲａは、例えば、日本ビーコ社製NanoscopeＶにて、媒体表面の１μｍ角のＲａを測定した値として求めることができる。

前記導電性粒子の大きさ（媒体表面を鉛直上方から観察した際の平面視面積）は、形成する記録ビット（分極領域）よりも小さいことが好ましい。導電性粒子の大きさが記録ビットより大きいと、所望のビット長の記録ビットを形成することが困難となりＳＮＲ低下の原因となるからである。したがって、記録密度に応じて導電性粒子の大きさを決定することが好ましいが、一般的な記録条件を考慮すると、被覆層に含まれる導電性粒子の平均粒子径は、１〜１００ｎｍの範囲であることが好ましく、２〜５０ｎｍの範囲であることが好ましく、３〜３０ｎｍの範囲であることが更に好ましい。上記平均粒子径は、無作為に抽出した導電性粒子１００個を走査型電子顕微鏡により撮影し、個々の撮影画像における各粒子の面積と同面積の円の直径を求めた際の１００個の粒子の直径の算術平均値とする。後述する実施例では、被覆層形成に使用する導電性粒子の平均粒子径を示したものもあるが、平均粒子径の測定は、被覆層表面を走査型電子顕微鏡により観察することによって行ってもよく、被覆層から有機溶媒等により抽出した粒子を走査型電子顕微鏡により観察することによって行ってもよい。

また、前記導電性粒子による被覆層表面の占有率は、帯電を防止しつつ良好な記録再生を行う観点から、１０〜７０％の範囲であることが好ましく、帯電防止の観点からは３０〜７０％の範囲であることが好ましく、記録再生特性の点からは１０〜５０％の範囲であることが好ましい。
上記占有率は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による画像解析によって求めることができる。即ち、上記被覆層を形成した媒体表面をＳＥＭにより観察すると、導電性粒子の表面の一部が被覆層表面上に露出した部分とそれ以外の部分（平坦部分）が白黒の濃淡差として現れたＳＥＭ画像が得られる。このＳＥＭ画像を２値化処理して導電性粒子が突出した部分とそれ以外の部分とに分けることにより、被覆層表面上で導電性粒子が占める割合、即ち占有率を求めることができる。

上記被覆層は、例えば導電性粒子を分散させた絶縁性の塗布液をスピンコート法、ディップ法等の公知の塗布方法で強誘電体記録層上に塗布することにより形成することができる。微粒子状の導電性粒子を分散するために、分散剤を使用することもできる。使用可能な分散剤については、例えば特開２００１−１４８２０７号公報、特開２００３−４９０３８号公報公報等を参照することができる。また、特開２００６−４７５９２号公報段落［００５０］〜［００５２］、［００６３］に記載の分散剤および添加剤を使用することもできる。
または、スパッタ等の成膜方法を採用し、導電性粒子が分散した絶縁性薄膜を形成することもできる。上記方法については、特開平７−１７５０９５号公報を参照できる。また、絶縁体表面に規則的に導電性粒子を配列させる方法としては、特開２００６−１３０５９６号公報に記載の方法を採用することもできる。
ただし本発明は上記方法に限定されるものではなく、絶縁体中に導電性粒子が分散された層を形成可能な方法であれば、いずれの方法も採用できる。

以上の工程により、電極層上に、強誘電体記録層、および被覆層、をこの順に有する、本発明の強誘電体記録媒体を得ることができる。本発明の強誘電体記録媒体は、ディスク状等の任意の形状であることができる。また、本発明の強誘電体記録媒体は、片面のみに上記層構成を有するもの（片面記録）でもよく、両面に有するもの（両面記録）でもよい。なお、本発明の強誘電体記録媒体は、上記した層以外にも、強誘電体記録媒体に形成可能な層を有することができる。例えば本発明の強誘電体記録媒体は、プローブとの接触による磨耗を抑制するために最表面、即ち上記被覆層上に更に潤滑剤層を有することも可能である。ただしこの場合には、形成する潤滑剤層は導電性層ではないものとする。これは強誘電体記録層上の全面に導電性層を形成することは、先に説明した通りシャープな記録ビットの形成を不可能とするからである。また、絶縁性層である潤滑剤層を上記被覆層上に形成する場合には、潤滑剤層により導電性粒子による帯電防止効果を阻害しない範囲の膜厚とすべきである。この点から、被覆層上に形成する潤滑剤層の厚さは５ｎｍ以下であることが好ましく、潤滑効果と帯電防止効果とを両立する点からは１ｎｍ〜５ｎｍの範囲であることが好ましい。上記潤滑剤層を形成する潤滑剤としては、固体潤滑剤が好ましい。その詳細は、先に説明した通りである。

以上説明した本発明の強誘電体記録媒体へ情報を記録および再生する方法については、後述する。

［情報処理装置］
本発明の情報処理装置は、本発明の強誘電体記録媒体と、上記強誘電体記録媒体に対し情報の記録および／または再生を行う導電性プローブを有する情報処理ヘッドと、を含むものである。上記情報処理ヘッドとしては、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等の走査型プローブ顕微鏡を用いることができ、中でも、高密度記録および高感度再生を実現するためには、走査型非線形誘電体測定法に基づき情報の記録および／または再生を行うものが好ましい。走査型非線形誘電体測定法とは、ＳＮＤＭ（Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy:走査型非線形誘電率顕微鏡）の技術を適用した測定法（ＳＮＤＭ方式）である。以下に、その概要を説明する。

情報の記録・再生には、タングステン等の金属から形成されたナノメートルスケールのプローブ（導電性プローブ）を用いる。強誘電体記録媒体に情報を記録するときには、プローブを媒体表面上で走査させる。ここでプローブは、強誘電体記録媒体の表面（記録面）に接触させ、またはプローブを強誘電体記録媒体の表面のきわめて近い位置に接近させる。そして、プローブから強誘電体記録媒体に抗電界を超える電界を印加し、プローブ直下の強誘電体記録媒体の分極方向を反転させる。この印加電圧を記録すべき情報に従ってレベルが変化するパルス信号とし、これを、プローブを介して強誘電体記録媒体に印加しながら、強誘電体記録媒体に対するプローブの位置を強誘電体記録媒体の表面に平行な方向に移動させる。これにより、情報を強誘電体記録媒体の分極状態として記録することができる。

一方、強誘電体記録媒体に記録された情報を再生するときには、強誘電体の分極方向に従って強誘電体の非線形誘電率が異なることを利用する。すなわち、強誘電体記録媒体の非線形誘電率を強誘電体記録媒体の容量の変化を検出することによって読み取り、これにより、強誘電体記録媒体の分極状態として記録されている情報を再生する。具体的には、プローブを強誘電体記録媒体の表面に接触させ、またはプローブを強誘電体記録媒体の表面のきわめて近い位置に接近させる。そして、強誘電体記録媒体に、抗電界よりも小さい交番電界を印加し、強誘電体記録媒体の容量が交番的に変化する状態を作る。この状態で、強誘電体記録媒体の容量変化を、プローブを介して検出し、情報を再生する。

以上説明したＳＮＤＭ方式による記録再生に好適な記録再生ヘッドについては、特許第４１４１７４５号明細書に詳細に記載されており、本発明でも同明細書記載のヘッドを採用することができる。

［情報処理方法］
更に本発明は、本発明の強誘電体記録媒体における情報処理方法にも関する。本発明の情報処理方法では、情報処理ヘッドの導電性プローブと上記強誘電体記録媒体に含まれる電極層との間に電界を印加することにより、該強誘電体記録媒体に含まれる強誘電体記録層に分極領域を形成することによって情報を記録することを含む。先に説明したように、ここで形成する分極領域（記録ビット）は、前記強誘電体記録媒体の被覆層に含まれる導電性粒子よりも平面視面積が大きなものであることが好ましい。この点から、上記被覆層に含まれる導電性粒子の平均直径より大きなビット長で上記記録を行うことが好ましい。
更に上記情報処理方法では、記録された情報を、走査型非線形誘電体測定法に基づき（ＳＮＤＭ方式で）再生することが、高感度再生の点から好ましい。
本発明の情報処理方法の詳細は、上述した通りである。

以下、本発明を実施例により説明する。ただし本発明は、実施例に示す態様に限定されるものではない。

１．潤滑剤層としての被覆層形成の実施例・比較例

［実施例１］
図３に概略を示す工程により、図１に示す層構成（下記接着層は図示せず）を有する強誘電体記録媒体を作製した。以下に、その具体的工程を説明する。
厚さ２５０μｍのＺカットＬｉＴａＯ₃単結晶板（図３中、「ＬＴ単結晶」と記載）の片面に、スパッタにより厚さ１００ｎｍのクロム膜（導電性膜）を成膜した（図３（１）、（２））。
形成したクロム層を樹脂製の接着剤によって、厚さ６２５μｍのシリコンウエハーに固着した（図３（３））。
その後、ＬｉＴａＯ₃単結晶板を厚さ１μｍまで機械研磨した後、ドライエッチングにより最終厚み５０ｎｍとした（図３（４）、（５））。
これとは別に、特開２００６−４７５９２号公報段落［０１１２］〜［０１１５］に記載の方法に準じてＡｇ粒子を含む分散液を調製した。この分散液の一部を平均粒子径測定用に採取した。採取した分散液から溶媒を除去することによりＡｇ粒子を取り出し、無作為に抽出した粒子１００個をＦＥ−ＳＥＭ（日立（株）製Ｆ−９００）で撮影した（倍率：２００，０００倍）。各々の撮影画像において、これと同面積の円の直径（円相当直径）を求め、これを各粒子の直径とした。１００個の粒子について求めた直径の算術平均値は１２０ｎｍであった。後述する実施例２〜７についても同様の方法でＡｇ粒子の平均粒子径を求めた。
調製した分散液をパーフルオロポリエーテル油と、Ａｇ粒子の体積分率が０．１２６になるように混合し、Ａｇ粒子含有ＰＦＰＥ潤滑剤を得た。
上記ドライエッチング後のＬｉＴａＯ₃単結晶板表面に、上記の平均粒子径１２０ｎｍのＡｇ粒子を含むパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑剤をスピンコートし、厚さ２０ｎｍの潤滑剤層（被覆層）を形成した（図３（６））。
以上の工程により、強誘電体記録媒体を得た。

［実施例２〜７］
Ａｇ粒子分散液調製時の処方およびパーフルオロポリエーテル油との混合比を変更した点以外、実施例１と同様の方法で強誘電体記録媒体を得た。

［比較例１］
ドライエッチング後のＬｉＴａＯ₃単結晶板表面にスピンコートする潤滑剤として、Ａｇ粒子を含まないパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑剤を使用した点以外、実施例１と同様の方法で強誘電体記録媒体を作製した。

２．保護層としての被覆層形成の実施例・比較例

［実施例８］
図４に示すスパッタリング装置７を用いてＡｌ₂０₃中にＡｕ粒子（平均粒子径１０ｎｍ）が分散した厚さ２０ｎｍの保護層（被覆層）を形成した点以外、実施例１と同様の方法で強誘電体記録媒体を作製した。
上記スパッタリング装置７は、Ａｕターゲット１、Ａｌ₂０₃ターゲット２、基板３、基板ホルダー４およびそれぞれのターゲットに高周波電力を供給する高周波電源５、６によって構成されている。基板３として、強誘電体記録層までの各層が積層された積層体を配置しチャンバー内の圧力を２Ｐａとしターゲット１に２０Ｗ、ターゲット２に２００Ｗの高周波電力を供給しスパッタリングを行った。
上記保護層に含まれるＡｕ粒子の平均粒子径は、以下の方法で測定した。下記実施例９におけるＡｕ粒子の平均粒子径も同様の方法で測定した。
作製した保護層の表面をＦＥ−ＳＥＭ（日立（株）製Ｆ−９００）で撮影した（倍率：２００，０００倍）。ＳＥＭ画像から無作為に抽出した粒子１００個について、上記と同様に円相当の直径を求め１００個の粒子の算術平均値をもってＡｕ粒子の平均粒子径とした。

［実施例９］
上記保護層上に、比較例１で使用したパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑剤をスピンコートし、厚さ５ｎｍの潤滑剤層を形成した点以外、実施例８と同様の方法で強誘電体記録媒体を作製した。

［比較例２］
ターゲット１への電力供給を行わずターゲット２のみに２００Ｗの高周波電力を供給し厚さ２０ｎｍのＡｌ₂０₃保護層を形成した点以外、実施例８と同様の方法で強誘電体記録媒体を作製した。

［比較例３］
上記Ａｌ₂０₃保護層上に、比較例１で使用したパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）潤滑剤をスピンコートし、厚さ５ｎｍの潤滑剤層を形成した点以外、比較例２と同様の方法で強誘電体記録媒体を作製した。

比抵抗の測定
上記実施例および比較例で使用した絶縁性材料および導電性材料の比抵抗（抵抗率）を以下の方法で測定した。
（１）Ａｇ、Ａｕの比抵抗の測定
Ａｇについては、スパッタリング法を用いてガラス基板上に作製した膜厚１００ｎｍのＡｇ薄膜の抵抗率を三菱化学アナリテック製抵抗率計ロレスタＧＰを用いて四探針法により測定した。
Ａｕについては、実施例８、９、比較例２、３で使用したＡｕターゲットによりスパッタリング法を用いてガラス基板上に作製した膜厚１００ｎｍのＡｕ薄膜の抵抗率を三菱化学アナリテック製抵抗率計ロレスタＧＰを用いて四探針法により測定した。
（２）ＰＦＰＥの比抵抗の測定
ＰＦＰＥについては、上記実施例および比較例で使用したパーフルオロポリエーテル油の抵抗率を、ＪＩＳ Ｃ ６４７１に準拠した方法で測定した。
（３）Ａｌ₂０₃の比抵抗の測定
Ａｌ₂０₃については、実施例８、９、比較例２、３で使用したＡｌ₂０₃ターゲットの抵抗率を三菱化学アナリテック製抵抗率計ハイレスタＨＰを用いて二重リング方式により測定した。
（４）測定結果
上記測定結果を以下に示す。
Ａｇ：１．６×１０^-8Ω・ｍ
Ａｕ：２．２×１０^-8Ω・ｍ
ＰＦＰＥ：２．９×１０¹²Ω・ｍ
Ａｌ₂０₃：１０¹³Ω・ｍ超

評価方法
１．連続再生試験
走査型非線形誘電率顕微鏡（ＳＩＩ−ＮＴ社製 Ｅ−Ｓｗｅｅｐ／ＮａｎｏＮａｖｉ型走査型プローブ顕微鏡（プローブ ＤＦ３−Ｒ））、スキャン幅５０μｍ、スキャン速度１００μｍ／ｓ、スキャン周波数１Ｈｚで強誘電体記録層上をスキャンし、帯電により媒体−プローブ間の距離制御不具合によるスキャン不可が生じず連続スキャン可能な時間を連続再生可能時間とした。
２．記録再生特性の評価
上記１．で使用した走査型非線形誘電率顕微鏡により、ビット長１００ｎｍ、スペース長１００ｎｍのビット列を強誘電体記録層に記録し、非線形誘電率顕微鏡（ＳＮＤＭ）モードにより再生を行った際のＳＮＲを測定した。ＳＮＲが５ｄＢ以上であれば、高感度かつ低ノイズでの再生が可能であると判断することができる。
３．導電性粒子による被覆層表面占有率
実施例の媒体について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により倍率２００，０００倍で表面観察を行い得られたＳＥＭ画像を２値化処理することにより、被覆層表面の導電性粒子による占有率を求めた。
４．膜厚
上記各層の厚さを、成膜条件から算出した。
５．Ｒａ測定
実施例、比較例の媒体表面の１μｍ角のＲａを測定した。
以上の結果を、表１〜３に示す。

評価結果
比較例１〜３はいずれも、強誘電体記録層上で導電性プローブをスキャンしようと試みたが、媒体表面の帯電により媒体−プローブ間の距離制御不具合が生じスキャンすることができなかった。また導電性プローブのスキャンができないためＳＮＤＭ方式による記録も不可能であった。これは強誘電体記録層上に作製した層が絶縁性であることによるものである。
これに対し、表１〜３に示すように、実施例１〜９では連続再生が可能であった。また、表１に示すように導電性粒子による被覆層表面の占有率が高い媒体は、連続再生試験においてより良好な結果を示した。更に、実施例１と実施例２〜７のＳＮＲの対比から、ビット長（１００ｎｍ）より小さな粒径の導電性粒子を含む被覆層を設けることにより、高密度記録された情報を良好なＳＮＲで再生できることも確認できる。
また、表２中の実施例８と表３中の実施例９との対比から、導電性粒子を分散させた被覆層上に厚さ５ｎｍの潤滑剤層を形成しても記録再生特性に大きな影響を及ぼすことなく、安定な記録再生が可能であることが確認できる。

３．高速再生適性の評価
実施例１〜９の強誘電体記録媒体について、高速再生適性を評価するためにスキャン速度を５倍（５００μｍ／ｓ）に変更した点以外、上記と同様の方法で連続再生試験を実施した。その結果、媒体表面のＲａが５．０ｎｍ以下の実施例４〜９において３０分以上の連続再生が可能であった。実施例４〜８について、連続再生可能時間をＲａとともに下記表４に示す。表４に示す結果から、媒体表面を平滑にすることが、高速再生適性を高めるために有効であることが確認できる。

以上の結果から、本発明によれば、強誘電体記録層上該記録層の保護等を目的とした層を形成したうえで、良好な記録再生が実現できることが示された。

本発明の強誘電体記録媒体は、高密度記録メディアとして好適である。

Claims (9)

1. 電極層上に強誘電体記録層を有する強誘電体記録媒体であって、
   前記強誘電体記録層上に絶縁体中に導電性粒子が分散された被覆層を有することを特徴とする強誘電体記録媒体。
2. 前記導電性粒子による被覆層表面の占有率は、１０〜７０％の範囲である請求項１に記載の強誘電体記録媒体。
3. 前記導電性粒子の平均粒子径は、１〜１００ｎｍの範囲である請求項１または２に記載の強誘電体記録媒体。
4. 前記導電性粒子は、その表面の一部が被覆層表面上に露出して存在する請求項１〜３のいずれか１項に記載の強誘電体記録媒体。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の強誘電体記録媒体と、
   上記強誘電体記録媒体に対し情報の記録および／または再生を行う導電性プローブを有する情報処理ヘッドと、
   を含む情報処理装置。
6. 前記情報処理ヘッドは、走査型非線形誘電体測定法に基づき情報の記録および／または再生を行うヘッドである、請求項５に記載の情報処理装置。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の強誘電体記録媒体における情報処理方法であって、
   情報処理ヘッドの導電性プローブと上記強誘電体記録媒体に含まれる電極層との間に電界を印加することにより、該強誘電体記録媒体に含まれる強誘電体記録層に分極領域を形成することによって情報を記録する、前記情報処理方法。
8. 前記情報を、前記強誘電体記録媒体の被覆層に含まれる導電性粒子の平均直径よりも大きなビット長で記録する、請求項７に記載の情報処理方法。
9. 前記記録された情報を、走査型非線形誘電体測定法に基づき再生する、請求項７または８に記載の情報処理方法。