JP2926522B2

JP2926522B2 - 記録媒体及びその製造方法と情報処理装置

Info

Publication number: JP2926522B2
Application number: JP14421191A
Authority: JP
Inventors: 克彦新庄; 一佐哲河出; 春紀河田; 邦裕酒井; 勝則畑中; 宏松田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1999-07-28
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: JPH04344348A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブ電極によって
情報の記録あるいは再生を行う際の記録媒体及びその製
造方法に関し、さらにかかる記録媒体を用いた情報処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、メモリー素子の用途はコンピュー
タ及びその関連機器、ビデオディスク、デジタルオーデ
ィオディスク等のエレクトロニクス産業の中核をなすも
のであり、その開発も活発に進んでいる。かかるメモリ
ー素子に要求される性能は一般的に、（１）高密度で、記録容量が大きい（２）記録・再生の応答速度が速い（３）エラーレートが小さい（４）消費電力が少ない（５）生産性が高く、価格が安い等が挙げられる。

【０００３】従来までは磁性体や半導体を素材とした磁
気メモリー、半導体メモリーが主流であったが、近年レ
ーザー技術の進展に伴い、有機色素、フォトポリマー等
の有機薄膜の適用による安価で高密度な記録媒体を用い
た光メモリー素子などが登場してきた。

【０００４】一方、最近、導体表面原子の電子構造を直
接観測できる走査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴＭと略
す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇｅｔａｌ．，Ｈ
ｅｌｖｅｔｉｃａＰｈｙｓｉｃａＡｃｔａ，５５，
７２６（１９８２）．）、単結晶、非晶質を問わず実空
間像の高い分解能の測定ができるようになり、しかも、
電流による損傷を媒体に与えることなく、低電力で観測
できる利点をも有し、更に大気中でも動作させることが
可能であるため、広範囲な応用が期待されている。

【０００５】かかるＳＴＭは、金属の探針（プローブ電
極）と導電性物質の間に電圧を加えて１ｎｍ程度の距離
まで近づけると、その間にトンネル電流が流れることを
利用している。この電流は、両者の距離変化に非常に敏
感であり、トンネル電流を一定に保つように探針を走査
することにより、実空間の表面構造を描くことができる
と同時に、表面原子の全電子雲に関する種々の情報をも
読みとることができる。この際、面内方向の分解能は１
オングストローム程度である。従って、ＳＴＭの原理を
応用すれば十分に原子オーダー（数オングストローム）
での高密度記録再生を行うことが可能である。この際の
記録再生方法としては、粒子線（電子線、イオン線）或
はＸ線等の高エネルギー電磁波及び可視・紫外光等のエ
ネルギー線を用いて適当な記録層の表面状態を変化させ
て記録を行い、ＳＴＭで再生する方法や、記録層として
電圧電流のスイッチング特性に対してメモリ効果をもつ
材料、例えばπ電子系有機化合物やカルコゲン化物類の
薄膜層への記録・再生をＳＴＭを用いて行う方法等が提
案されている。

【０００６】上記の様な記録・再生方法に於いて、実際
に多量の情報を記録・再生する為には、プローブ電極の
ＸＹ方向（記録媒体面内方向）の位置検出及び補正制御
（トラッキング）が必要となる。このトラッキングの方
法としては、既に記録媒体基板の原子配列を利用して、
高密度かつ高精度に行う方法が提案されているが、位置
検出そのものも極めて高精度に行う必要があるため、取
扱上簡便とはいい難い問題があった。

【０００７】また、トラッキングを簡便に行うために、
記録媒体の基板にあらかじめ凹凸を設けることによりト
ラックを形成し、そのトラックの凹状部分あるいは凸状
部分にプローブ電極を追従させることにより、トラッキ
ングを行う方法も提案されている。この場合、トラック
の凹凸に追従させる方法として、プローブ電極の高さを
一定にしてトラッキングする方法（コンスタントハイト
モード）と、プローブ電極と基板電極間の距離を一定に
保ちながらトラッキングする方法（コンスタントカレン
トモード）が提案されている。

【０００８】前者のコンスタントハイトモードの場合、
凸状の部分でトンネル電流が流れるようにプローブ電極
の高さを調整しておき、凸状部分からプローブ電極が凹
状部分に外れた時にトンネル電流が流れなくなるのを検
知して、プローブ電極を凸状部分に戻すよう位置制御す
ることによりトラッキングを行っている。しかし、この
方法をとった時、プローブ電極が凹状部分に位置したと
きトンネル電流値が小さくなるため、精度よいトラッキ
ングを行うことが困難であるという問題があった。

【０００９】また、後者のコンスタントカレントモード
の場合、プローブ電極を基板上の凹凸に追従させながら
トラッキングを行う方法を取るため、プローブ電極をＺ
方向（記録媒体と垂直方向）に追従させてやらなければ
ならなかった。即ち、トラッキング用のＺ方向の追従
系、つまりフィードバック系が必要となり、記録・再生
装置自身にトラッキングのためのＺ方向フィードバック
用機構及び回路等を設けなければならず、トラッキング
精度は良いものの、記録・再生装置自身が複雑になって
しまうという問題点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術の問
題点に鑑み、本発明の目的とするところは、プローブ電
極を用いた電気的な高密度記録・再生方法に於いて、多
量の情報の記録・再生を容易に再現性良く簡便に実行で
き、なおかつ、記録・再生装置におけるトラッキング系
を簡素化できる記録媒体を提供すること、さらには、そ
の製造方法及びかかる記録媒体を用いた情報処理装置を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題は、以
下の構成からなる記録媒体及び製法等、すなわち、第１
に、プローブ電極を対向配置し、その間に流れるトンネ
ル電流により情報の記録・再生・消去を行える記録媒体
であって、半導体性基板上面に該基板に対し導電率（電
気伝導率）を異ならしめたトラックを形成し、その上か
ら電気メモリー効果を有する記録層を積層した記録媒
体、によって達成される。

【００１２】また、前記トラックが、前記半導体性基板
を構成する元素とは異なる元素を該半導体性基板に局所
的に注入して形成された記録媒体、によっても達成され
る。

【００１３】ここで、前記記録層の膜厚としては数オン
グストローム以上１００オングストローム以下、好まし
くは数オングストローム以上３０オングストローム以下
であり、有機化合物の単分子膜または該単分子膜を累積
した累積膜で構成されることが好ましい。かかる単分子
膜またはその累積膜は、ＬＢ法によって形成された膜が
好ましく、また、前記有機化合物としては、分子中にπ
電子準位を持つ群とσ電子準位を持つ群とを有するもの
が好ましい。

【００１４】第２に、前記異種元素を注入してトラック
を形成する際のその製造方法が、イオン注入法又は熱拡
散法による記録媒体の製造方法、によって達成される。

【００１５】第３に、上記の記録媒体とプローブ電極を
対向配置させて、情報の記録・再生・消去を行う情報処
理装置、によって達成される。

【００１６】ところで、本発明の記録媒体を用いた記録
・再生およびその為のトラッキング方法は、プローブ電
極（導電性探針）と導電性物質との間に電圧を印加しつ
つ、両者の距離を１０ｎｍ以下にするとトンネル電流が
流れることを利用している。以下、トラッキングの方法
について述べる。

【００１７】図１は、本発明に係る記録媒体の平面図
（ａ）及び断面図（ｂ）の一例である。図１に於いて、
異種元素を半導体性基板２上に部分的に注入することに
より導電率を部分的に変化させてトラック３を形成して
おり、記録ビット４の列はトラックを形成している異種
元素上あるいは半導体性基板上の記録層１に書き込まれ
るが、平滑性の点から、半導体性基板上の方が好まし
い。

【００１８】従って、情報の記録・再生時に於いては、
プローブ電極を図１中矢印方向に走査させる必要があ
る。この時、本発明に於いてはプローブ電極の高さを一
定（コンスタントハイトモード）にして走査させる方法
を用いるが、記録層の膜厚が１００オングストローム以
下と薄いため、プローブ電極と半導体性基板間にトンネ
ル電流が流れる。

【００１９】この際、半導体性基板上の部分と異種元素
注入部分、すなわち図１ではトラック部と非トラック部
であるが、両者では導電率が違うのでトンネル電流が異
なり、プローブ電極が半導体性基板上の記録層から異種
元素注入部であるトラック上に外れると、プローブ電極
に流れるトンネル電流が変化することになる。すると、
図１において、Ｘ方向の記録面のエッジを検出すること
が可能となり、温度ドリフト，駆動用圧電体のクリープ
等でプローブの往復運動がＹ方向に進むに連れて、所望
の軌道からずれてくる（点線矢印）ことを補正すること
ができる。

【００２０】図１中の記録ビット４の記録方法について
は後述するが、記録により記録面上の記録ビットに於け
る電荷状態が変化し、一方、記録後に於いてはトラック
外れによる電流変化と記録ビットによる電流変化が生ず
るが、記録ビットによる電流変化の方がはるかに大きい
ため、トラッキングに支障をきたすことは無い。

【００２１】すなわち、本発明によれば、プローブ電極
によりトンネル電流を検出して情報の記録・再生を行う
情報処理装置に於いて、上述した記録媒体を用いること
により、コンスタントカレントモードでトラッキングし
た場合、記録媒体表面が平滑であるためトラック外れが
おきた時でもトンネル電流が流れ、コンスタントハイト
モード使用時もトラッキングが容易にできるようにな
る。

【００２２】従って、コンスタントハイトモード時の様
なトラッキング用のＺ方向の追従系、つまりフィードバ
ック系を用いるまでもなく、トラッキングが行え、結果
として装置の簡素化が図れる。

【００２３】なお、半導体性基板２としては、結晶性が
良好で表面平滑性が高く、導電率がなるべく大きなもの
が望ましく、異種元素注入により導電率が２ケタ程度小
さくなるものが好ましい。

【００２４】次に、本発明に係るトラック３の形成方法
としては、まず、導電率の大きな半導体性基板上に、該
基板構成元素と異なる元素を所望のトラック形状に応じ
て注入し、注入した部分の導電率を小さくすることによ
り行う。具体的には、以下に述べるような２つの方法が
ある。．半導体性基板上にＰＭＭＡ（ポリメチルメタ
クリレート）等のレジストを塗布し、電気光学系により
イオンビームのビーム径を３０ｎｍ程度まで絞り込み、
所望のトラック形状に応じてイオンビーム露光を行い、
その後、露光された部分のレジストを取り除き、注入す
べき元素を含んだ雰囲気中で熱処理を行うことにより、
露光された部分に前記元素を注入する熱拡散法。．電
気光学系によりイオンビームのビーム径を３０ｎｍ程度
まで絞り込み、半導体性基板上に、所望のトラック形状
に応じてイオン化した元素を打ち込むイオン注入法。

【００２５】これら２つの方法のうち、イオン注入法
は、ドープ量の精度、均一性、濃度分布の制御に優れて
いるため、熱拡散法よりも好ましい。

【００２６】ところで、本発明によれば、現在、イオン
ビームの径は電磁光学系によって３０ｎｍ程度まで絞る
ことが可能であり、従って、例えば、このビーム径でト
ラックを形成すれば、１０¹⁰〜１０¹¹ビット／ｃｍ²程
度の記録密度を達成することができる。この時、ビーム
の走査部位がそのまま、異種元素注入部（非記録部）と
なり、他の部分が記録部位となりトラックを形成でき
る。

【００２７】本発明で用いる記録層としては、電流−電
圧特性に於いてメモリースイッチング現象（電気メモリ
ー効果）を有する材料、例えば、π電子準位を有する群
とσ電子準位のみを有する群を併有する分子を、電極上
に積層した有機単分子膜あるいはその累積膜を用いるこ
とが可能となる。

【００２８】一般に、有機材料の殆どは絶縁性もしくは
半絶縁性を示すことから、本発明に於て、適用可能なπ
電子準位を持つ群を有する有機材料は著しく多岐にわた
る。

【００２９】本発明に好適なπ電子系を有する色素の構
造としては、例えばフタロシアニン、テトラフェニルポ
ルフィリン等のポルフィリン骨格を有する色素、スクア
リリウム基及びクロコニックメチン基を結合鎖として持
つアズレン系色素及びキノリン、ベンゾチアゾール、ベ
ンゾオキサゾール等の２個の含窒素複素環をスクアリリ
ウム基及びクロコニックメチン基により結合したシアニ
ン系類似の色素、またはシアニン色素、アントラセン及
びピレン等の縮合多環芳香族、及び芳香環及び複素環化
合物が重合した鎖状化合物及びジアセチレン基の重合
体、さらにはテトラシアノキノジメタンまたはテトラチ
アフルバレンの誘導体およびその類縁体およびその電荷
移動錯体、またさらにはフェロセン、トリスビピリジン
ルテニウム錯体等の金属錯体化合物が挙げられる。

【００３０】本発明に好適な高分子材料としては、例え
ばポリアクリル酸誘導体等の付加重合体、ポリイミド等
の縮合重合体、ナイロン等の開環重合体、バクテリオロ
ドプシン等の生体高分子が挙げられる。

【００３１】有機記録層の形成に関しても、具体的には
蒸着法やクラスターイオンビーム法等の適用も可能であ
るが、制御性、容易性そして再現性から公知の従来技術
の中では前述したＬＢ法が極めて好適である。

【００３２】このＬＢ法によれば、１分子中に疎水性部
位と親水性部位とを有する有機化合物の単分子膜または
その累積膜を基板上に容易に形成することができ、分子
オーダーの厚みを有し、かつ大面積にわたって均一、均
質な有機超薄膜を安定に供給することができる。

【００３３】かかるＬＢ法は、分子内に親水性部位と疎
水性部位とを有する構造の分子において、両者のバラン
ス（両親媒性のバランス）が適度に保たれているとき、
分子は水面上で親水性基を下に向けて単分子の層になる
ことを利用し、単分子膜またはその累積膜を作成する方
法である。

【００３４】ここで、疎水性部位を構成する基として
は、一般に広く知られている飽和及び不飽和炭化水素基
や縮合多環芳香族基及び鎖状多環フェニル基等の各種疎
水基が挙げられる。これらは、各々単独又はその複数が
組み合わされて疎水性部位を構成する。一方、親水性部
位の構成要素として最も代表的なものは、例えばカルボ
キシル基、エステル基、酸アミド基、イミド基、ヒドロ
キシル基、更にはアミノ基（１，２，３級及び４級）等
の親水性基等が挙げられる。これらも、各々単独又はそ
の複数が組み合わされて上記分子の親水性部分を構成す
る。

【００３５】これらの疎水性基と親水性基をバランス良
く併有し、かつ適度な大きさを持つπ電子系を有する有
機分子であれば、水面上で単分子膜を形成することが可
能であり、本発明に対して極めて好適な材料となる。

【００３６】具体例としては、例えば下記の如き分子等
が挙げられる。＜有機材料＞（１）クロコニックメチン色素

【００３７】

【化１】

【００３８】

【化２】

【００３９】

【化３】

【００４０】

【化４】

【００４１】

【化５】

【００４２】

【化６】

【００４３】

【化７】

【００４４】

【化８】

【００４５】

【化９】

【００４６】

【化１０】

【００４７】

【化１１】ここで、Ｒ₁は前述のσ電子準位をもつ群に相当したも
ので、しかも水面上で単分子膜を形成しやすくするため
に導入された長鎖アルキル基で、その炭素数ｎは５≦ｎ
≦３０が好適である。（２）スクアリリウム色素（１）で挙げた化合物のクロコニックメチン基を下記の
構造を持つスクアリリウム基で置き換えた化合物。

【００４８】

【化１２】（３）ポルフィリン系色素化合物

【００４９】

【化１３】

【００５０】

【化１４】Ｒ＝ＯＣＨ（ＣＯＯＨ）Ｃ_nＨ_2n+1 ５≦ｎ≦２５Ｍ＝Ｈ₂，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌ−Ｃｌ及び希土類
金属イオン

【００５１】

【化１５】Ｒ＝Ｃ_nＨ_2n+1 ５≦ｎ≦２５Ｍ＝Ｈ₂，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ａｌ−Ｃｌ及び希土類
金属イオンＲは単分子膜を形成しやすくするために導入されたもの
で、ここで挙げた置換基に限るものではない。又、Ｒ₁
〜Ｒ₄，Ｒは前述したσ電子準位をもつ群に相当してい
る。（４）縮合多環芳香族化合物

【００５２】

【化１６】

【００５３】

【化１７】

【００５４】

【化１８】

【００５５】

【化１９】（５）ジアセチレン化合物

【００５６】

【化２０】Ｘは親水基で一般的には−ＣＯＯＨが用いられるが−Ｏ
Ｈ，−ＣＯＮＨ₂等も使用できる。（６）その他

【００５７】

【化２１】

【００５８】

【化２２】

【００５９】

【化２３】

【００６０】

【化２４】

【００６１】

【化２５】

【００６２】

【化２６】＜有機高分子材料＞（１）付加重合体

【００６３】

【化２７】

【００６４】

【化２８】

【００６５】

【化２９】

【００６６】

【化３０】

【００６７】

【化３１】

【００６８】

【化３２】（２）縮合重合体

【００６９】

【化３３】

【００７０】

【化３４】

【００７１】

【化３５】（３）開環重合体

【００７２】

【化３６】ここで、Ｒ₁は水面上で単分子膜を形成し易くするため
に導入された長鎖アルキル基で、その炭素数ｎは５≦ｎ
≦３０が好適である。

【００７３】また、Ｒ₅は短鎖アルキル基であり、炭素
数ｎは１≦ｎ≦４が好適である。重合度ｍは１００≦ｍ
≦５０００が好適である。

【００７４】以上、具体例として挙げた化合物は基本構
造のみであり、これら化合物の種々の置換体も本発明に
於いて好適であることは言うまでもない。

【００７５】尚、上記以外でもＬＢ法に適している有機
材料、有機高分子材料であれば、本発明に好適なのは言
うまでもない。例えば、近年研究が盛んになりつつある
生体材料（例えばバクテリオロドプシンやチトクローム
Ｃ）や合成ポリペプチド（ＰＢＬＧ）等も適用が可能で
ある。

【００７６】これらのπ電子準位を有する化合物の電気
メモリー効果は、数１０μｍ以下の膜厚のもので観測さ
れているが、記録・再生時にプローブ電極と基板電極間
に流れるトンネル電流を用いるため、プローブ電極と基
板電極間にトンネル電流が流れるよう両者間の距離を近
ずけなければならないので、本発明の記録層と有機化合
物絶縁層を加えた膜厚は、数オングストローム以上１０
０オングストローム以下、好ましくは、数オングストロ
ーム以上３０オングストローム以下である。

【００７７】本発明において、上記の如き有機材料が積
層された薄膜を支持するための基板としては、表面が平
滑であればどの様な材料を用いても良いが、前述したト
ラック形成法によってある程度利用できる基板材料は限
定される。

【００７８】また、プローブ電極の材料は、導電性を示
すものであれば何を用いてもよく、例えばＰｔ，Ｐｔ−
Ｉｒ，Ｗ，Ａｕ，Ａｇ等が挙げられる。プローブ電極の
先端は、記録・再生・消去の分解能を上げるためできる
だけ尖らせる必要がある。本発明では、針状の導電性材
料を電界研磨法を用い先端形状を制御して、プローブ電
極を作製しているが、プローブ電極の作製方法及び形状
は何らこれに限定するものではない。

【００７９】更には、プローブ電極の本数も一本に限る
必要もなく、位置検出用と記録・再生用とを分ける等、
複数のプローブ電極を用いても良い。

【００８０】次に、本発明の記録媒体を用いる情報処理
装置を図２のブロック図を用いて説明する。図２中、５
は記録媒体に電圧を印加するためのプローブ電極であ
り、このプローブ電極５から記録層１に電圧を印加する
ことによって情報の記録・再生を行う。対象となる記録
媒体は、ＸＹステージ１２上に載置される。１０はバイ
アス電圧源およびプローブ電流増幅器で、９はプローブ
電流を読み取りプローブ電極の高さが一定になるように
圧電素子を用いたＺ方向微動制御機構７を制御するサー
ボ回路であり、１１はプローブ電極５と半導体性基板２
との間に記録・消去用のパルス電圧を印加するための電
源である。

【００８１】パルス電圧を印加するときにプローブ電流
が急激に変化するため、サーボ回路９は、その間出力電
流が一定になるように、ＨＯＬＤ回路をＯＮにするよう
に制御している。

【００８２】８はＸＹ方向にプローブ電極５をＸＹ方向
微動制御機構６を用いて移動制御するためのＸＹ走査駆
動回路である。１３と１４は、あらかじめ１０−９Ａ程
度のプローブ電流が得られるようにプローブ電極５と記
録媒体との距離を粗動制御したり、プローブ電極と基板
とのＸＹ方向相対変位を大きくとる（微動制御機構の範
囲外）のに用いられる。

【００８３】これらの各機器は、全てマイクロコンピュ
ータ１５により中央制御されている。また、１６は表示
装置を表している。

【００８４】次に、圧電素子を用いた移動制御における
機械的性能を下記に示す。Ｚ方向微動制御範囲：０．１ｎｍ〜１μｍＺ方向粗動制御範囲：１０ｎｍ〜１０ｍｍＸＹ方向走査範囲：０．１ｎｍ〜１μｍＸＹ方向粗動制御範囲：１０ｎｍ〜１０ｍｍ計測、制御許容誤差：＜０．１ｎｍ（微動制御時）計測、制御許容誤差：＜１ｎｍ（粗動制御時）

【００８５】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って説明する。

【００８６】実施例１半導体性基板２として、Ｐ型ＧａＡｓウェハーを使用し
た。これは、Ｚｎをドーピングしたもので、キャリア濃
度約１０¹⁹ ｃｍ^-3、抵抗率（ρ）約１０^-2Ω・ｃｍのも
のである。この基板を用いて、集束イオンビーム装置に
よりＨ⁺イオンを２０〜８０ＫＶで加速し、異元素の注
入を行い局所的に高抵抗化した。この際、約１０¹⁹ｃｍ
^-3のイオン注入により、幅約０．１μｍ、深さ約１μ
ｍ、長さ１００μｍのライン状の部分を、抵抗率約１０
³Ω・ｃｍまで高めることができた。次に、上記方法に
よりトラックを３μｍピッチで作製した基板上に、以下
の方法で記録層１を積層した。

【００８７】先ず、スクアリリウムービス−６−オクチ
ルアズレン（以下ＳＯＡＺと略す）を濃度０．２ｍｇ／
ｍｌで溶かしたクロロホルム溶液を２０℃の水相上に展
開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待
ち、かかる単分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高め、
更にこれを一定に保ちながら前記のトラックを形成した
基板を、水面を横切るように速度５ｍｍ／分で静かに浸
漬し、更に引き上げて、２層のＹ形単分子膜の累積を行
い、前記基板上に２層（厚さ３０オングストローム）の
累積膜を形成して、記録層１とした。

【００８８】以上の様な方法により作製した記録媒体
に、図２に示した情報処理装置を用いて記録・再生、消
去の実験を行った。ただし、プローブ電極５として電解
研磨法によって作製した白金／ロジウム製のプローブ電
極を用いており、このプローブ電極５は記録層１に電圧
を印加できるように、圧電素子によりその距離（Ｚ）が
制御されている。さらに、上記機能を持ったままプロー
ブ電極５が面内（Ｘ，Ｙ）方向にも移動制御できるよう
に、微動制御機構系が設計されている。

【００８９】また、プローブ電極５は直接記録・再生・
消去を行うことができる。また、記録媒体は高精度のＸ
Ｙステージ１２の上に置かれ、任意の位置に移動させる
ことができる。よって、この移動制御機構によりプロー
ブ電極５で任意の位置のトラック上に記録・再生及び消
去を行うことができる。

【００９０】さて、前述したＳＯＡＺ２層を累積した記
録層１を持つ記録媒体を情報処理装置にセットした。こ
の時、トラックの長さ方向と記録・再生装置のＹ方向が
ほぼ平行となる様に設置した。次に、プローブ電極５と
半導体性基板２との間に＋１．５Ｖの電圧を印加し、記
録層１に流れる電流をモニターしながらプローブ電極５
と記録媒体との距離（Ｚ）を調整した。この時、距離Ｚ
を制御するためのプローブ電流Ｉ_Pを１０^-8Ａ≧Ｉ_P≧１
０^-10Ａになるように設定した。次に、距離Ｚを一定に
保ちながら、プローブ電極５をＸ方向、即ちトラックを
横切る方向に走査させ、記録媒体にトラックが形成され
ていることを確認した後、プローブ電極５を任意のトラ
ック上方で保持した。次に、距離Ｚを一定に保ちなが
ら、プローブ電極５をＹ方向に走査させた。この時、前
述した方法によりトラッキングを行うことにより、任意
のトラック上をこれから外れることなくプローブ電極５
を走査させることが可能であることが分かった。

【００９１】次に、プローブ電極をトラック上で走査さ
せながら、３０ｎｍピッチで情報の記録を行った。かか
る情報の記録は、プローブ電極５を＋側、半導体性基板
２を−側にして、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ−ＬＢ膜
２層）が低抵抗状態（ＯＮ状態）に変化する様に、図３
に示すしきい値電圧Ｖｔｈ_-ON以上の三角波パルス電圧
を印加した。その後、プローブ電極５を記録開始点に戻
し、再びトラック上を走査させた。その結果、記録ビッ
トに於いては０．７ｍＡ程度のプローブ電流が流れ、Ｏ
Ｎ状態となっていることが示された。以上の再生実験に
於いて、ビットエラーレートは３×１０^-6であった。

【００９２】なお、プローブ電極５を、電気メモリー材
料がＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化するしきい値電圧Ｖ
ｔｈ_OFF以上の１０Ｖに設定し、再び記録位置をトレー
スした結果、全ての記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷
移したことも確認した。

【００９３】実施例２本実施例においては、半導体性基板２にＳｉをドープし
たｎ型ＧａＡｓとし、注入するイオン種をＢ⁺とした以
外は実施例１と同様にして記録媒体の作製を行った。そ
の結果、実施例１と同様なトラックを形成することがで
きた。

【００９４】この時、イオン非注入部の抵抗率は３×１
０^-2Ω・ｃｍ、イオン注入部（トラック部）のそれは４
×１０³Ω・ｃｍであった。また、イオンの加速電圧は
２０〜７０ＫＶ、注入量は約１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

【００９５】かかる記録媒体を用い、実施例１と同様に
して記録・再生実験を行ったところ、ビットエラーレー
トは２×１０^-6であり、消去も可能であった。

【００９６】実施例３実施例１にて記録層として用いた２層のＳＯＡＺ単分子
累積膜の代わりに、ルテチウムジフタロシアニン［Ｌｕ
Ｈ（Ｐｃ）₂］のｔ−ブチル誘導体の２層単分子累積膜
を用いた以外は実施例１と同様にして、記録媒体を作製
し実験を行った。その結果、ビットエラーレートは５×
１０^-6であり、消去も可能であった。

【００９７】なお、ＬｕＨ（Ｐｃ）₂のｔ−ブチル誘導
体の累積条件は、溶媒：クロロホルム／トリメチルベンゼン／アセトン
（１／１／２）濃度：０．５ｍｇ／ｍｌ水相：純水、水温２０℃ 表面圧：２０ｍＮ／ｍ、基板上下速度３ｍｍ／分の通りである。

【００９８】実施例４本実施例では、記録層１としてポリイミドＬＢ膜を２層
累積した以外は実施例１と同様にして記録媒体を作製し
た。なお、ポリイミドＬＢ膜の形成方法は以下の通りで
ある。

【００９９】ポリアミック酸（分子量約２０万）を濃度
１×１０^-3％（ｇ／ｇ）で溶かしたジメチルアセトアミ
ド溶液を、水温２０℃の純粋の水相上に展開し、水面上
に単分子膜を形成した。この単分子膜の表面圧を２５ｍ
Ｎ／ｍまで高め、更にこれを一定に保ちながら、前記基
板を水面に横切るように５ｍｍ／分で移動させて浸漬、
引き上げを行い、Ｙ型単分子膜の累積を行った。更にこ
れらの膜を３００℃で１０分加熱を行うことによりポリ
イミドにした。なお、ポリイミド１層あたりの厚さは、
エリプソメトリー法により約４オングストロームと求め
られた。

【０１００】この記録媒体について、実施例１と同様
に、記録・再生・消去の実験を行ったところ、ビットエ
ラーレートは３×１０^-6であり、消去も可能であった。

【０１０１】以上述べてきた実施例中では、トラック形
成時に、イオン注入法を用いて異種元素を注入し、導電
率を変化させるという方法を取ったが、この他熱拡散法
を用いて異種元素を注入する方法を用いることも可能で
あり、また、導電率を部分的に所望の位置で変化させら
れる方法であれば、これらに限定する必要はない。ま
た、トラックの形状についても直線状のものについて述
べてきたが、これに限ることはなく、螺旋状、円状等他
の形態であっても全く構わない。また、記録層の形成に
ＬＢ法を使用してきたが、極めて薄く均一な膜が作製で
きる成膜法であればＬＢ法に限らず使用可能であり、具
体的にはＭＢＥやＣＶＤ法等の成膜法が挙げられる。更
に基板材料やその形状も本発明は何ら限定するものでは
ない。さらには、本実施例に於いてはプローブ電極を１
本としたが、記録・再生用のものとトラッキング用のも
のを各々分けて２本以上としても良い。

【０１０２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の記録媒体及
びその製造方法，情報処理装置によれば、光記録に比
べて、はるかに高密度な記録が可能な全く新しい記録媒
体を提供することができる。記録・再生時のトラッキ
ングが容易に行え、記録・再生装置の簡素化が可能にな
る。それと同時に、記録・再生の応答速度も改善され
る。トラック部に凹凸がないのでプローブが媒体に衝
突せず、耐久性，安定性等が向上する。といった効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いた記録媒体の構成図の一例であ
る。

【図２】本発明で用いた情報処理装置の構成を表わすブ
ロック図である。

【図３】本発明の記録媒体に記録を行う際に加えるパル
ス信号波形である。

【符号の説明】

１記録層２半導体性基板３トラック４記録ビット５プローブ電極６ＸＹ方向微動制御機構７Ｚ方向微動制御機構８ＸＹ方向走査駆動回路９サーボ回路１０プローブ電流増幅器１１パルス電源１２ＸＹステージ１３粗動機構１４粗動駆動回路１５マイクロコンピュータ１６表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井邦裕東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者畑中勝則東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者松田宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平２−292752（ＪＰ，Ａ) 特開平４−254931（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 9/00 G11B 9/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブ電極を対向配置し、その間に流
れるトンネル電流により情報の記録・再生・消去を行え
る記録媒体であって、半導体性基板上面に該基板に対し導電率を異ならしめた
トラックを形成し、その上から電気メモリー効果を有す
る記録層を積層したことを特徴とする記録媒体。
【請求項２】前記トラックが、半導体性基板を構成す
る元素とは異なる元素を、該半導体性基板に局所的に注
入することにより形成されたものであることを特徴とす
る請求項１記載の記録媒体。
【請求項３】前記記録層の膜厚が、８オングストロー
ム以上１００オングストローム以下であることを特徴と
する請求項１又は２記載の記録媒体。
【請求項４】前記記録層が、有機化合物の単分子膜ま
たは該単分子膜を累積した累積膜を有していることを特
徴とする請求項１〜３いずれか一つに記載の記録媒体。
【請求項５】前記記録層が、有機化合物を有し、その
分子中にπ電子準位を持つ群とσ電子準位を持つ群とを
有することを特徴とする請求項１〜３いずれか一つに記
載の記録媒体。
【請求項６】請求項１〜５いずれか一つに記載の記録
媒体と、プローブ電極を対向配置させたことを特徴とす
る情報処理装置。
【請求項７】請求項２に記載の記録媒体の製造に際
し、半導体基板への異種元素の注入手段として、イオン
注入法又は熱拡散法を用いることを特徴とする記録媒体
の製造方法。
【請求項８】請求項４に記載の記録媒体の製造に際
し、前記記録層の成膜方法としてＬＢ法を用いることを
特徴とする記録媒体の製造方法。