JP2890008B2 - 情報記録方法 - Google Patents

情報記録方法

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JP2890008B2
JP2890008B2 JP20638592A JP20638592A JP2890008B2 JP 2890008 B2 JP2890008 B2 JP 2890008B2 JP 20638592 A JP20638592 A JP 20638592A JP 20638592 A JP20638592 A JP 20638592A JP 2890008 B2 JP2890008 B2 JP 2890008B2
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亮一 山本
鎮男 梅村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は情報記録方法に関し、特
に詳細には、半導体層と強誘電体の層とを有する情報記
録媒体に、上記強誘電体の分極の方向により情報を記録
する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】画像信号や音声信号等の各種情報を記録
したり、さらにはコンピュータ用データメモリとして使
用される超高密度記録可能な情報記録媒体として、特開
昭57−27447号公報に示されるように、半導体層
とこの半導体層上に形成された強誘電体の層とを有し、
この強誘電体の分極の方向により情報を記録するものが
知られている。この情報記録媒体への記録は、導電性ヘ
ッド(電極)を強誘電体層上で移動させつつ該層に電圧
を印加することにより、この強誘電体層の所定部分のみ
を選択的に所定方向に分極させて行なわれる。またこの
情報記録媒体からの情報再生は、上記強誘電体の分極の
ために半導体層中に形成される空乏層による記録媒体の
静電容量変化を、導電性ヘッドで検出することにより行
なわれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な情報記録媒体に情報を記録する際、記録速度は強誘電
体の分極反転の速度で決まる。従来、この分極反転の速
度は、強誘電体材料毎に固有の値を取ると考えられてき
た。これは一面では正しいが、本発明者の研究による
と、強誘電体材料が同じ場合でも、分極反転の速度が異
なることもあることが判明した。この分極反転の速度が
低下すると、当然記録速度が低下し、情報記録に要する
時間が長くなってしまう。
【0004】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たものであり、いかなる場合でも強誘電体材料毎に極限
まで分極反転の速度を高め、それにより高速記録を可能
にする情報記録方法を提供することを目的とするもので
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による情報記録方
法は、前述した半導体層と強誘電体の層とを有する情報
記録媒体に対して電圧を印加して、強誘電体の分極の方
向により情報を記録する情報記録方法において、上記電
圧を印加する情報記録媒体の部分に、少数キャリアの発
生数を増加させる電圧以外のエネルギー、すなわち例え
ば光や熱を付与するようにしたことを特徴とするもので
ある。
【0006】電圧印加部分に光を照射する場合、光源と
しては通常のタングステンランプ、ハロゲンランプ、水
銀ランプ、半導体レーザ、LED等を用いることができ
る。そしてこれらの光源を幾何学的に配置して、情報記
録媒体全体に光を照射してもよいし、あるいは、光ディ
スク用ピックアップに採用されている光学系や光ファイ
バ等からなる光ガイドを利用して、電圧印加用電極の極
周辺のみに光を照射するようにしてもよい。
【0007】一方電圧印加部分を加熱する場合も、情報
記録媒体全体を加熱してもよいし、あるいは、光ディス
クに対する情報記録および再生で行なわれているよう
に、情報記録媒体面上に焦点を結ばせた光ビームを用い
て、局部的に加熱するようにしても構わない。
【0008】なお、本発明方法において用いられる強誘
電体材料としては、無機材料ではペロブスカイト構造の
強誘電体、チタン酸バリウム、チタン酸鉛−ジルコン酸
鉛固溶体、チタン酸ビスマス、タングステン・ブロンズ
構造のニオブ酸ストロンチウム−ニオブ酸バリウム、硫
酸グリシン、硝酸カリ、リン酸カリ、C(NH2 3
l(SO4 2 6H2 O、亜硝酸ナトリウム、SbSI
等が挙げられる。また有機の強誘電体材料としては、フ
ッ化ビニリデン(VDF)ポリマーもしくはそれを含む
共重合体、奇数次のナイロン、あるいはシアン化ビニリ
デンもしくはそれを含む共重合体、フッ化ビニル(V
F)ポリマーもしくはそれを含む共重合体等が挙げられ
る。
【0009】そして前述の光照射を行なう場合、強誘電
体層は半導体層に光を到達させるために、できるだけ光
吸収の少ない材料から形成したり、あるいは十分光が透
過し得る膜厚に形成することが必要である。またこの強
誘電体層に、光を通過させるための窓をある程度の間隔
を置いて設けてもよい。
【0010】一方半導体層としては、半導体よりなる基
板をそのまま用いてもよい。あるいは、予め案内溝ある
いはピットや、セクタ情報を示すピット等が設けられた
プラスチック、ガラス、金属を基板として用いて、該基
板上に半導体層を形成するようにしてもよい。この場合
の半導体としては、良く知られているように、Si、G
e、あるいはGaAsに代表される III−V属化合物半
導体、さらにはII−VI属化合物半導体等が用いられ得
る。また、有機物半導体としてポリピロール、ポリチオ
フェン等も用いられ得る。これらは、単結晶、多結晶あ
るいはアモルファスでもよい。また半導体の抵抗率は0.
01Ωcm〜1000Ωcm程度とするのが良く、好ましくは1Ω
cm〜100 Ωcmである。
【0011】それらの半導体の内、好ましいものは不純
物をドープしたn型もしくはp型シリコンであり、シリ
コン中の不純物濃度は1019〜1023-3程度、好ましくは
1020〜1022-3である。
【0012】
【作用】まず、先に述べたように、強誘電体材料が同じ
でも分極反転の速度が異なる点について詳しく説明す
る。本発明者の研究によると、情報記録媒体に+、−交
互の電圧を印加して記録を行なう場合、特定の側で分極
反転速度が小さくなる。例えば半導体層にp型半導体を
用いる場合は+電圧を印加する側であり、半導体層にn
型半導体を用いる場合は−電圧を印加する側である。こ
れらの場合、印加電圧の方向が、半導体層に空乏層が形
成される方向と一致していることに着目すると、分極反
転速度が低下することの原因は、半導体層の強誘電体層
側の表面に蓄積すべき反転キャリアの発生数に分極反転
が律速されているのではないかと推察される。
【0013】そこで、情報記録媒体への電圧印加時にそ
れと並行して、少数キャリアの発生数を増加させるよう
に光を照射したところ、従来は上記のように分極反転が
遅くなる場合において、分極反転速度が明らかに上昇す
ることが確認された。この作用は主に、半導体層に入射
したフォトンにより電子−正孔対が発生し、それらが反
転キャリアとして加算的に寄与した結果によると考えら
れる。
【0014】情報記録媒体に照射する光の好ましい波長
は、半導体層を構成する材料に依存するものであり、半
導体材料の吸収係数および量子変換効率が高い波長域の
光を利用するのが望ましい。例えば、Siからなる半導
体が用いられる場合は、波長が概ね400 〜1000nm、そ
の中でも特に700 nm程度の光を利用するのが望まし
い。
【0015】一方、照射光の好ましい強度は、強誘電体
層を構成する材料の分極、記録電圧、および半導体層中
の少数キャリアの性質に依存するものであり、それら
と、必要とされる記録速度すなわち分極反転速度との兼
合いから適宜設定すればよい。例えば、強誘電体材料と
して前述のような材料を用いる一方、Siからなる半導
体層を用い、分極反転速度を0.1 μsec 程度に設定した
い場合は、100 W/m2以上の光強度とするのが望まし
い。これは、おおよそ直径1mmの部分に0.1 mWの光
を照射する程度の光強度である。
【0016】また、情報記録媒体に対して上述のように
光を照射する他、情報記録媒体の電圧印加部分を加熱し
ても、同様に分極反転速度が向上する。その際は、熱励
起により電子−正孔対が発生し、それらが反転キャリア
として加算的に寄与していると考えられる。この加熱を
行なう場合は、通常、情報記録媒体を100 ℃以上程度に
加熱すればよい。
【0017】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。 <実施例1>図1は本発明の情報記録方法を実施する装
置の一例を示すものであり、また図2は、この方法によ
って情報が記録される情報記録媒体10の側断面形状を概
念的に示すものである。まず情報記録媒体10について説
明する。
【0018】この情報記録媒体10は、半導体層11とその
上に絶縁層12を介して形成された有機強誘電体層13とか
らなる。本実施例では半導体基板をそのまま半導体層11
としており、この基板としては、抵抗率5Ωcmで不純物
濃度5×1021-3のp型シリコン・ウエファが用いられ
ている。また絶縁層12は、上記シリコン・ウエファ上に
熱酸化法により酸化ケイ素(SiO2 )を膜厚50nmに
層成してなるものである。そしてその上に、有機強誘電
体であるVDF/TrFE共重合体(VDFが65mol
%)の薄膜を形成して、有機強誘電体層13が形成されて
いる。
【0019】この薄膜形成は、一例として以下のように
して行なわれる。まずVDF/TrFE共重合体をメチ
ル・エチル・ケトン(MEK)に10wt%にて溶解し、
この溶液を市販のスピンコータを用いて回転数5000rp
mで10秒間振り切りの条件で、シリコン・ウエファ上に
塗布する。次いでこの塗布膜を、オーブンを用い大気雰
囲気で145 ℃×2時間の条件でアニールし、膜厚1μm
のVDF/TrFE共重合体の薄膜が形成される。
【0020】なお、半導体層11と有機強誘電体層13との
間に絶縁層12を設けることは必ずしも必要ではないが、
この絶縁層12を設ければ強誘電体へのキャリア注入等の
問題を回避できるので、より好ましい。本実施例のよう
に半導体としてシリコンを用いる場合は、絶縁層12はS
iO2 から形成するのが望ましく、その膜厚は100 nm
以下とするのが望ましい。
【0021】上記構成の情報記録媒体10に対して、図1
の装置により情報記録を行なう。この場合、情報記録媒
体10は図示されるようにターンテーブル20にエアチャッ
ク等で固定し、そしてこのターンテーブル20は記録時の
電圧印加用の一方の電極とする。またこの電圧印加用の
他方の電極として、可動の針状電極21を用いる。この針
状電極21として本例では、底面の直径が50μmで金メッ
キが施されたタングステン針を用いる。この針状電極21
の上方には光ファイバ22の一端を配し、そこから出射す
る光24を、針状電極21が接触する情報記録媒体10の部分
に照射する。この光24は、ハロゲンランプ23から発せら
れ、そして光ファイバ22の他端から該ファイバ内に入射
したものであり、その情報記録媒体10上における光強度
は約100W/m2 である。
【0022】上記のターンテーブル20を固定したまま、
針状電極21を情報記録媒体10の有機強誘電体層13側に接
触させつつ、該針状電極21とターンテーブル20を介して
パルス電源25から有機強誘電体層13に電圧を印加すれ
ば、針状電極21に対向する部分の有機強誘電体が所定の
向きに分極する。それにより、この分極の向きで情報を
記録することができる。
【0023】このように強誘電体層13に電気的分極を生
じさせると、図1に示すようにその分極の向きが下向き
(半導体層11側を向く方向)となっている部分に対応し
て、半導体層11に空乏層14が生じるので、この空乏層14
による静電容量変化を公知のピックアップ回路で検出す
ることにより、記録情報を読み取ることができる。
【0024】本実施例では分極反転を評価するため、上
記針状電極21に信号電圧として振幅±100 V、パルス幅
10msec の電圧を印加し、分極反転時間すなわち記録時
間を測定した。記録時間は、図1のCaに溜まる電荷を
測定し、それが飽和するまでの時間とする。なお図3に
はこのパルス電圧の波形と、Caに溜まる電荷の変化状
態を示してある。同図中、最初のパルス幅100 msec の
記録電圧は、強誘電体層12の分極の向きを一定に揃える
初期化のためのものである。
【0025】以上のようにして記録時間を調べた結果
を、比較例1の結果と併せて表1に示す。この比較例1
は、実施例1のものと同じ記録装置および情報記録媒体
10を用い、ハロゲンランプ23をOFFにする以外は実施
例1と同様にして情報記録を行なった場合のものであ
る。
【0026】
【表1】
【0027】本実施例1および比較例1で用いているV
DF/TrEE共重合体の固有の分極反転速度は約10μ
sec である。したがって本実施例では、記録速度がこの
強誘電体材料そのものの性質により律速されていると考
えられる。なお、10μsec よりもさらに速い固有の分極
反転速度を有する強誘電体材料も存在するから、それら
を使用すれば、記録速度をさらに高めることも可能であ
る。
【0028】一方光照射を行なわない比較例1において
は、+の電圧を印加する場合の記録時間が実施例1より
も著しく長くなっている。この比較例1で用いられてい
る半導体層はp型で、+電位側が空乏層が生じる方向で
ある。したがって先に述べた通り、+の電圧を印加する
場合には反転キャリアの発生数が少なくて、分極反転が
遅くなっていると考えられる。それに対して実施例1の
ように光照射を行なうことにより、少数キャリアの発生
数が増大して、記録時間が上述のように強誘電体材料そ
のものの性質により定まる値まで短くなっていると考え
られる。
【0029】<実施例2>次に実施例1と同様の情報記
録媒体10および記録装置を用い、短い記録パルス幅で記
録を行なっても分極反転が正常になされ得るか否かを調
べた。分極反転の評価は、実際の信号再生と同様に、情
報記録媒体10の静電容量を測定することで行なった。な
お静電容量測定は、市販のLCRメータを用いて行なっ
た。
【0030】まずマイナス・パルス(−200 V)で分極
を一定に揃える初期化を行なった後、静電容量初期値を
測定し、次に+100 Vのパルス電圧(パルス幅は20μse
c 、20msec の2通り)で記録を行なって、記録後の静
電容量を同様に測定した。その結果を表2に示す。なお
比較例2は、光照射を行なわない点以外は実施例2と同
様にして記録を行なった場合のものである。
【0031】
【表2】
【0032】表2に示される通り、光照射を行なわない
比較例2においては、記録時間すなわちパルス幅を20m
sec とすると、容量Caが初期値の0.15pFから0.12p
Fに低下して記録がなされているが、記録時間が20μse
c と短く設定された場合は静電容量が初期値から変化せ
ず、記録がなされ得ないことが分かる。
【0033】それに対して、光照射を行なった実施例2
においては、記録時間が20μsec と短く設定されても、
記録時間が20msec の場合と同じように低下して、正常
な記録がなされ得ることが分かる。
【0034】
【発明の効果】以上詳細に説明した通り本発明の情報記
録方法においては、情報記録媒体の電圧を印加する部分
に、少数キャリアの発生数を増加させる電圧以外のエネ
ルギーを付与することにより、分極反転速度を十分に高
め、それにより著しく高速の記録が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施する装置の一例を示す概略
側面図
【図2】図1の装置で記録がなされる情報記録媒体の側
断面形状を示す概略図
【図3】図1の装置における記録電圧の波形と、反転電
荷の変化の様子を示すグラフ
【符号の説明】
10 情報記録媒体 11 半導体層 12 絶縁層 13 強誘電体層 14 空乏層 20 ターンテーブル 21 針状電極 22 光ファイバ 23 ハロゲンランプ 24 情報記録媒体に照射される光 25 パルス電源
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−27447(JP,A) 特開 平6−139631(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C11B 9/00 - 9/10 G11C 11/22 G11C 11/42

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体層とこの半導体層上に形成された
    強誘電体の層とを有する情報記録媒体に対して電圧を印
    加して、前記強誘電体の分極の方向により情報を記録す
    る情報記録方法において、前記電圧を印加する情報記録
    媒体の部分に、少数キャリアの発生数を増加させる電圧
    以外のエネルギーを付与することを特徴とする情報記録
    方法。
  2. 【請求項2】 半導体層とこの半導体層上に形成された
    強誘電体の層とを有する情報記録媒体に対して電圧を印
    加して、前記強誘電体の分極の方向により情報を記録す
    る情報記録方法において、前記電圧を印加する情報記録
    媒体の部分に光を照射することを特徴とする情報記録方
    法。
  3. 【請求項3】 半導体層とこの半導体層上に形成された
    強誘電体の層とを有する情報記録媒体に対して電圧を印
    加して、前記強誘電体の分極の方向により情報を記録す
    る情報記録方法において、前記電圧を印加する情報記録
    媒体の部分を加熱することを特徴とする情報記録方法。
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