JP2981789B2 - 記録媒体及び情報処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
の原理を応用した大容量高密度記録媒体に使用される記
録媒体及びそれ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、ディジタルオー
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。メモリー素
子に要求される性能は一般的には （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
などの有機薄膜を用いた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、導体の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（ジー・ビーニッヒら，フェルベティカ
フィジィカ アクタ，５５，７２６（１９８
２）．）、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、媒体に電流によ
る損傷を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。

【０００６】この際、面内方向の分解能は０．１ｎｍ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（０．数ｎｍ）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、プロ
ーブ電極と基板電極間に局所的電界を加えることによ
り、基板電極の表面形状を局所的に変化させる方法や、
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を用いて、記録・
再生をＳＴＭを用いて行う方法等が提案されている。こ
の方法によれば、記録のビットサイズを１０ｎｍとすれ
ば、１０¹²ｂｉｔ／ｃｍ²もの大容量記録再生が可能で
ある。

【０００７】図３にＳＴＭを応用した記録再生装置の構
成例を示す。以下、図面に従って説明する。本図の中心
にあるものが、基板１０１，基板電極１０２，記録層１
０３からなる記録媒体である。２０１はプローブ電極、
２０２はＸＹステージ、２０３はプローブ電極の支持
体、２０４はプローブ電極をＺ方向に駆動するＺ軸リニ
アアクチュエータ、２０５，２０６はＸＹステージをそ
れぞれＸ，Ｙ方向に駆動するリニアアクチュエータであ
る。

【０００８】３０１はプローブ電極２０１から記録層１
０３を介して電極層１０２へ流れるトンネル電流を検出
する増幅器である。３０２はトンネル電流の変化をプロ
ーブ電極２０１と記録層１０３の間隙距離に比例する値
に変換するための対数圧縮器、３０３は記録層１０３の
表面凹凸成分を抽出するための低域通過フィルタであ
る。３０４は基準電圧Ｖ_REFと低域通過フィルタ３０３
の出力との誤差を検出する誤差増幅器、３０５はＺ軸リ
ニアアクチュエータ２０４を駆動するドライバーであ
る。３０６はＸＹステージの位置制御を行う駆動回路で
ある。３０７はデータ成分を分離する高域通過フィルタ
である。

【０００９】２０７はプローブ電極２０１と電極１０２
の間に記録・再生・消去用のパルス電圧を印加するため
の回路である。パルス電圧を印加するときプローブ電流
が急激に変化するためドライバー３０５は、その間出力
電圧を一定になるように、ＨＯＬＤ回路をＯＮになるよ
うに制御している。

【００１０】図４に、従来例の記録再生装置の主要部の
模式図である記録媒体１の断面とプローブ電極２０１の
先端を示す。本図中、４０１は記録層１０３に記録され
たデータビット、４０２は基板１０１上に電極層１０２
を形成したときにできた結晶粒である。この結晶粒４０
２の大きさは電極層１０２の材料として通常の金属を用
い、真空蒸着法やスパッタ法等により形成した場合３０
〜５０ｎｍ程度である。

【００１１】プローブ電極２０１と記録層１０３との間
隙は、図３に示された回路構成により一定に保つことが
できる。即ち、プローブ電極２０１と記録層１０３の間
に流れるトンネル電流を検出し対数圧縮器３０２、低域
通過フィルタ３０３を介した後、この値を基準電圧と比
較し、この比較値が零に近付くようにプローブ電極２０
１を支持するＺ軸リニアアクチュエータ２０４を制御す
ることにより、プローブ電極２０１と記録層１０３の間
隙を一定にすることができる。

【００１２】さらに、ＸＹステージ２０２を駆動するこ
とにより、記録媒体の表面をプローブ電極２０１がなぞ
り、ａ点（図３）の信号の高域周波数成分を分離するこ
とにより、記録層１０３のデータを検出できる。

【００１３】このときのａ点の信号の周波数に対する信
号強度スペクトラムを図５に示す。ｆ₀以下の周波数成
分の信号は基板１０１の反り、歪等による媒体の緩やか
な起伏によるものである。ｆ₁を中心とした信号は記録
層１０３の表面の凹凸によるもので、主として電極材料
形成時に生じる結晶粒４０２によるものである。ｆ₂は
記録データの搬送波成分で、４０３はデータ信号帯域を
示す。ｆ₃は記録層１０３の原子、分子配列から生じる
信号成分である。また、ｆ_Tはトラッキング信号であ
る。図３の記録再生装置においては図示されていない
が、トラッキング信号ｆ_Tは、データ列をプローブ電極
２０１が追跡できるようにするための信号で、媒体上に
段差を形成するか、トラックから外れると検出できる信
号を書き込むことにより実現している。

【００１４】また、基板電極の形成方法としては、以上
述べた方法とは別に、真空蒸着において結晶性基板を加
熱し基板上に生じるエピタキシャル成長を利用し、基板
電極を形成するという高結晶性・高配向性膜形成の観点
からの試みや、通常の蒸着基板を加熱処理して、基板電
極層を再結晶化する試みがある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来例に示された基板
電極を記録再生装置に使用される記録媒体に用いた場
合、以下のような問題点があった。

【００１６】（１）通常の蒸着方法で基板電極を形成す
る場合 ．ＳＴＭの特徴である高分解能を生かし高密度記録を
行うには、データ信号帯域４０３をｆ₁とｆ₃の間に置く
ことが好ましい。この場合、データ成分を分離するため
遮断周波数ｆ_Cの高域通過フィルタ３０７を用いる。し
かしながら、ｆ₁の信号成分の裾野がデータ信号帯域４
０３と重なっている。これはｆ₁の信号成分が電極層１
０２の結晶粒４０２に起因しているためであり、結晶粒
４０２の３０〜５０ｎｍに対しデータの記録サイズ及び
ビット間隔が１〜１０ｎｍと接近していることによる。

【００１７】このため、データ再生のＳ／Ｎが低下する
恐れがあった。

【００１８】．トラッキング信号ｆ_Tはｆ₀の近傍にし
か置くことができない。このため、トラッキング信号ｆ
_Tはデータ信号帯域に比べかなり低い周波数となってし
まい、トラッキングのデータ追跡精度が落ちる。このこ
とは、結果としてデータの読み取り誤り率を高くして、
記録再生装置としての信頼性を低下させている。

【００１９】（２）エピタキシャル成長を利用して基板
電極を形成する場合 ．エピタキシャル成長を利用した方法は、基板を高温
の、ある一定温度に保つことが困難であることと、ま
た、使用できる基板が結晶性の物に限られるという問題
点がある。

【００２０】（３）通常の蒸着方法で形成した基板電極
を加熱処理する場合 ．この方法では上述，の課題を防ぐほどの平滑性
を達成しようとすると、基板電極膜にダメージが加わる
場合が必要であった。

【００２１】すなわち、本発明の目的とするところは、
上述した従来技術の問題点に鑑み、アモルファスカーボ
ン層を用いた電気的な高密度記録・再生等を行える高い
Ｓ／Ｎ比、高速アクセスが得られる記録媒体及びそれを
用いた情報処理装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明の特徴と
するところは、プローブ電極により素子に流れる電流を
検出して情報の記録再生等を行う情報処理装置に用いる
記録媒体であって、該プローブ電極と対向配置する基板
電極上にアモルファスカーボン層を設け、該アモルファ
スカーボン層上に電気メモリー効果を有する記録層を積
層した記録媒体、としている点にある。

【００２３】

【００２４】さらには、前記記録層が、有機化合物の単
分子膜又は該単分子膜を累積した累積膜を有している記
録媒体を特徴とするものである。

【００２５】また、前記有機化合物が分子中に共役π電
子系を持つ群とσ電子準位を持つ群とを有する記録媒体
をも特徴としている。

【００２６】前記アモルファスカーボン層は、下地であ
る基板電極の材料に関わらず、該基板電極表面に存在し
た凹凸を緩和し平坦化する作用がある。しかも、ＬＢ法
により単分子膜を累積して記録層を形成する際には、親
水性を有する材料を使用した基板電極の場合疎水化処理
を行わなければならないが、本発明ではアモルファスカ
ーボン層は疎水性であるために、平坦化と同時に疎水化
も実現可能となる。尚、アモルファスカーボンは導電性
材料であり、基板電極としての役割も同時に果たしてい
る。

【００２７】本方法により、基板電極の材質に拘わらず
表面を平坦化することが可能であり、かつ疎水化が同時
に実現される。その結果、プローブ電極を用いた電気的
な高密度の記録・再生を行う場合において、高いＳ／Ｎ
比、高速アクセスが得られる記録媒体を容易に提供する
ことが可能となる。

【００２８】さらに、本発明の特徴とするところは、上
述のような記録媒体と、該記録媒体に対向配置させたプ
ローブ電極と、該記録媒体とプローブ電極間に電圧を印
加する手段と、該記録媒体とプローブ電極との間に流れ
るトンネル電流を検知する手段、とを少なくとも有して
情報の記録又は再生を行う情報処理装置、としている点
にある。

【００２９】以下、本発明について詳細に説明する。

【００３０】本発明の記録媒体の一例として、図１にそ
の断面図を示す。本発明に用いられる基板１０１として
は、基板電極１０２を支持するために用いるので、表面
がある程度平滑であればどの様な材料を用いても良い
が、基板電極の形成法によって若干利用できる基板材料
は限定される。

【００３１】この様な基板上に形成する基板電極の材料
としては、高い導電性を有するものであればよく、例え
ばＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｄ，
Ｗなどの金属やこれらの合金、さらにはグラファイトや
シリサイド、またさらにはＩＴＯなどの導電性酸化物を
始めとして数多くの材料が挙げられ、これらの本発明へ
の適用が考えられる。かかる材料を用いた電極形成法と
しても、従来公知の薄膜技術で十分である。

【００３２】本発明における、アモルファスカーボン層
１０４の形成に関しても、従来公知の薄膜技術で充分で
あり、真空蒸着法（抵抗加熱法）等が挙げられる。ま
た、アモルファスカーボン層の膜厚に関しては、基板電
極の平滑性にもよるが、３ｎｍ以上が好ましい。

【００３３】本発明で用いる記録層１０３の形成に関し
ては、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，再現性、そし
て、記録層表面の平滑性から公知の従来技術の中ではＬ
Ｂ法が極めて好適である。

【００３４】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
質で基板電極の平滑性を反映した平滑性を持つ有機超薄
膜を安定に供給することができる。

【００３５】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
ことを利用して単分子膜またはその累積膜を形成する方
法である。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】これらの疎水性基と親水性基をバランス良
く併有し、絶縁性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。

【００３９】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、共役π電子系をもつ群
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。電気メモリー効果は前記の有機単分子
膜、その累積膜等の薄膜を一対の電極間に配置させた状
態でそれぞれ異なる２つ以上の導電率を示す状態（図
７：ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）へ遷移させることが可能な
しきい値を越えた電圧を印加することにより、可逆的に
低抵抗状態（ＯＮ状態）および高抵抗状態（ＯＦＦ状
態）へ遷移（スイッチング）させることができる。ま
た、それぞれの状態は電圧を印加しなくとも保持（メモ
リー）しておくことができる。

【００４０】一般に、有機材料のほとんどは絶縁性もし
くは半絶縁性を示すことから、本発明に適用可能な、共
役π電子系を持つ群を有する有機材料は著しく多岐にわ
たる。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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＞ ［Ｉ］クロコニックメチン色素

【００４４】

【化１】

【００４５】

【化２】

【００４６】

【化３】

【００４７】

【化４】

【００４８】

【化５】

【００４９】

【化６】

【００５０】

【化７】

【００５１】

【化８】

【００５２】

【化９】

【００５３】

【化１０】

【００５４】

【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。 ［ＩＩ］スクアリリウム色素 ［Ｉ］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。

【００５５】

【化１２】

【００５６】

【化１３】［ＩＩＩ］ポルフィリン系色素化合物

【００５７】

【化１４】

【００５８】

【化１５】 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。 ［ＩＶ］縮合多環芳香族化合物

【００５９】

【化１６】

【００６０】

【化１７】

【００６１】

【化１８】

【００６２】

【化１９】 ［Ｖ］ジアセチレン化合物

【００６３】

【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。 ［ＶＩ］その他

【００６４】

【化２１】

【００６５】

【化２２】

【００６６】

【化２３】

【００６７】

【化２４】

【００６８】

【化２５】

【００６９】

【化２６】 ＜有機高分子材料＞

【００７０】

【化２７】

【００７１】

【化２８】 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。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１
００≦ｍ≦５０００が好適である。

【００７２】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
おいて好適であることは言うにおよばない。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。

【００７３】これらの共役π電子系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
近づけなければならないので、本発明の記録層の膜厚
は、０．数ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、０．数
ｎｍ以上３ｎｍ以下である。

【００７４】また、プローブ電極２０１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２０１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解研磨法を用い先端形状を制御し
て、プローブ電極２０１を作製しているが、プローブ電
極２０１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。

【００７５】更には、プローブ電極２０１の本数も１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。このプロー
ブ電極２０１から記録層１０３に電圧を印加することに
よって記録・再生を行う。

【００７６】本発明に係る情報処理装置を示した図３中
ａ点の信号の周波数スペクトラムを図２に示す。ｆ₀以
下の周波数成分の信号は基板１０１の反り、歪等による
媒体の緩やかな起伏によるものである。ｆ₂は記録デー
タの搬送波成分で、４０３はデータ信号帯域を示す。ｆ
₃は記録層１０３の原子、分子配列から生じる信号成分
である。また、ｆ_Tはトラッキング信号である。ｆ₁を中
心とした信号は基板の表面の僅かな凹凸を反映したもの
であり、この凹凸はデータの記録信号と同等もしくは記
録信号より小さくなるような基板を用意している。この
凹凸の変化はＳＴＭを応用した記録再生では１ｎｍ以下
である。また、本発明による記録媒体では記録層１０３
表面の平滑面の大きさが１μｍ角以上になる。

【００７７】このことと、基板電極上にアモルファスカ
ーボン層を設けた記録媒体を用いることにより、以下の
ような作用効果がある。 ．記録層１０３表面の凹凸による信号成分ｆ₁とデー
タ信号帯域４０３は重なり合うことはなく、ｆ₁のスペ
クトラムの広がりによるＳ／Ｎの低下はない。即ち、デ
ータ誤り率を小さくすることができる。 ．トラッキング信号ｆ_Tをデータ信号帯域４０３の近
傍に置くことができる。つまり、トラッキング信号ｆ_T
の周波数を高く採れることから、トラッキングの追跡精
度を十分に確保することができる。 ．トラッキング信号ｆ_Tの周波数が高いことから、こ
のトラッキングのための溝を記録媒体へ形成する場合は
データビット４０１サイズとほぼ同程度の形状で良く、
記録密度を犠牲にすることなくトラッキングを行うこと
ができる。 ．記録層１０３表面の凹凸がないため、記録層１０３
表面とプローブ電極２０１との間隙を一定にしながらＸ
Ｙ走査を行うときの、プローブ電極２０１のＺ軸の変位
は少ない。このため極めて高速にＸＹステージを駆動す
ることができる。 ．記録層１０３表面の凹凸がないことから、プローブ
電極２０１の先端、即ちトンネル電流が流れる先端原子
の位置が安定して選択される。また凹凸のある記録層１
０３表面でみられるようなプローブ電極２０１の複数の
原子と記録層１０３との間で、トンネル電流が流れるゴ
ースト現象がなくなる。 ．基板電極の真空蒸着において、結晶性基板を加熱
し、かかる基板上にエピタキシャル成長を利用し基板電
極を形成する方法に比べて、複雑な工程が全く不要とな
り、また、結晶性基板以外の基板に使用することができ
る。

【００７８】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って説明する。

【００７９】（実施例１）光学研磨したガラス基板（コ
ーニング社製＃７０５９）を中性洗剤およびトリクレン
を用いて洗浄して基板１０１とした。続いて、基板１０
１上にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのＩＴＯを成膜
して基板電極１０２を形成した。さらに、ＩＴＯ基板電
極上にカーボンを真空蒸着法（抵抗加熱）により成膜し
た。これによりカーボンはＩＴＯ電極上にアモルファス
状に成膜され、アモルファスカーボン層１０４が形成さ
れた。アモルファスカーボン層の膜厚は５ｎｍ、１０ｎ
ｍ、２０ｎｍの３種類を成膜した。ＩＴＯ表面の性質は
本来親水性であるがアモルファスカーボンの被膜により
疎水性を示した。これにより、従来の疎水化処理が不要
となった。かかる基板を担体として、下記ＬＢ法により
ポリイミド（以下ＰＩと略記する）単分子膜を累積し、
これを記録層１０３とした。

【００８０】以下に、このＬＢ膜の成膜方法を示す。

【００８１】化２９式に示すポリアミック酸（以下ＰＡ
と略す）をＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド−ベンゼン混
合溶液（１：１Ｖ／Ｖ）に溶解させた（単量体換算濃度
１×１０^-3Ｍ）後、別途調整したＮ，Ｎ−ジメチルオク
タデシルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍとを１：２
（Ｖ／Ｖ）に混合して、化３０式に示すポリアミド酸オ
クタデシルアミン塩溶液を調整した。かかる溶液を、２
０℃の純水上に展開し、水面から溶媒を蒸発除去させた
後、その表面圧を２５ｍＮ／ｍに高めて水面上単分子膜
を形成させた。

【００８２】次に、この表面圧を一定に保持したまま、
前記基板を水面に横切るように速度５ｍｍ／分で静かに
浸漬し、更に引き上げる動作を繰り返して４層のＹ形単
分子膜の累積を行った。最後に、かかる基板を３００℃
で１０分間熱処理することによりＰＡ累積膜をイミド化
して（化３１式）、記録層１０３となるＰＩ薄膜を形成
し、記録媒体１を得た。

【００８３】

【化２９】

【００８４】

【化３０】

【００８５】

【化３１】 次に、上述した方法により作製した記録媒体を、図３に
示す情報処理装置のＸＹステージ２０２上に設置し、白
金／ロジウムのプローブ電極２０１を用いて表面形状を
調べたところ、記録媒体の表面がアモルファスカーボン
層の平滑性を反映しており、アモルファスカーボン層の
膜厚が２０ｎｍの記録媒体は、１０μｍ角において表面
凹凸は１ｎｍ以下であった（他の記録媒体は、若干の凹
凸が観察された）。

【００８６】すなわち、ＩＴＯ基板電極の結晶粒界部分
に存在した数ｎｍ〜数１０ｎｍの凹凸が、アモルファス
カーボン層によって緩和され、平滑性が向上しているこ
とが確認された。

【００８７】次に、アモルファスカーボン層の膜厚が２
０ｎｍの記録媒体について、記録・再生・消去の実験を
行った。プローブ電極２０１と記録媒体の電極層１０２
との間に＋１．５Ｖの電圧を印加し、電流をモニターし
ながらプローブ電極２０１と記録層１０３表面との距離
（Ｚ）を調整した。この時、プローブ電極２０１と記録
層１０３表面との距離Ｚを制御するためのプローブ電流
Ｉ_Pを、１０^-10Ａ≧Ｉ_P≧１０^-11Ａになるように設定し
た。

【００８８】次に、プローブ電極２０１を走査させなが
ら、１０ｎｍ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２０１を＋側、電極層１０２を
−側にして、電気メモリー材料（ポリイミドＬＢ膜４
層）が低抵抗状態（ＯＮ状態）に変化する図６に示すし
きい値電圧Ｖ_thＯＮ以上の矩形パルス電圧を加えた。そ
の後、プローブ電極２０１を記録開始点に戻し、再び記
録層１０３上を走査させた。この時、記録の読み出し時
に於いては、Ｚ＝一定になるように調整した。その結
果、記録ビットに於いては、１０ｎＡ程度のプローブ電
流が流れ、ＯＮ状態となっていることが示された。

【００８９】なお、プローブ電圧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_thＯ
ＦＦ以上の１０Ｖに設定、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。

【００９０】（実施例２）実施例１に対して真空蒸着に
より形成する基板電極１０２の材料をＡｇに変えた以外
は、実施例１と全く同様にして３種類の記録媒体１を作
製した。ただし、Ａｇ表面の性質は本来親水性である
が、アモルファスカーボン層の形成により疎水性となっ
ており、疎水化処理を省くことができた。

【００９１】次に、実施例１と同様に、かかる記録媒体
の表面凹凸形状を調べたところ、アモルファスカーボン
層厚が５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍの全てのものに関
し、１０μｍ角においてその表面の凹凸は１ｎｍ以下で
あった。

【００９２】さらに記録・再生・消去の実験を行ったと
ころ、実施例１と同様の結果を得た。

【００９３】（実施例３）実施例１に対して真空蒸着に
より形成する基板電極１０２の材料をＡｕに変えた以外
は、実施例１と全く同様にして３種類の記録媒体１を作
製した。ただし、この時、Ａｕと基板の密着性を向上さ
せるためにＡｕの下引き層として膜厚５ｎｍのＣｒ層を
真空蒸着法により形成している。

【００９４】次に、実施例１と同様に、かかる記録媒体
の表面凹凸形状を調べたところ、アモルファスカーボン
層厚が５ｎｍ，１０ｎｍ，２０ｎｍの全てのものに関
し、１０μｍ角においてその表面の凹凸は１ｎｍ以下で
あった。

【００９５】さらに記録・再生・消去の実験を行ったと
ころ、実施例１と同様の結果を得た。

【００９６】以上の実施例より、基板電極上にアモルフ
ァスカーボン層を設けることにより、基板電極の平坦性
が向上し、なおかつ疎水面を保つことができるため、プ
ローブ電極を用いた電気的な高密度記録・再生等を行う
情報処理装置において、高いＳ／Ｎ比、高速アクセスが
得られる記録媒体を容易に提供することが可能となっ
た。

【００９７】ただし、成膜するアモルファスカーボン層
の膜厚は基板電極の材料・成膜方法・成膜条件等によっ
て変える必要がある。これは、基板電極表面に存在する
凹凸に応じて平坦化に必要なアモルファスカーボン層の
膜厚が異なるためである。

【００９８】また、以上述べてきた実施例中では、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
膜が形成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、本実施例においてはプロ
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。

【００９９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基
板電極上に適切な膜厚のアモルファスカーボン層を設け
ることにより、基板電極の平坦性が向上し、かつ、疎水
面を保つことができるため、種々の基板および種々の基
板電極材料を自由に選ぶことができる。従って、プロー
ブ電極を用いた電気的な高密度記録・再生等を行う情報
処理装置において、高いＳ／Ｎ比、高速アクセスが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る情報処理装置において、プローブ
電極と記録媒体の主要部の模式図である。

【図２】本発明の再生信号の周波数スペクトラムのダイ
ヤグラムである。

【図３】ＳＴＭを応用した本発明に係る情報処理装置の
構成例である。

【図４】従来例の記録再生装置の主要部の模式図であ
る。

【図５】従来例の再生信号の周波数スペクトラムのダイ
ヤグラムである。

【図６】本発明の記録媒体に記録を行う際に加えるパル
ス電圧の波形図である。

【図７】本発明で用いた記録層の電気メモリー効果を示
す図である。

【符号の説明】 １０１ 基板 １０２ 基板電極 １０３ 記録層 １０４ アモルファスカーボン層 ２０１ プローブ電極 ２０２ ＸＹステージ ２０３ プローブ電極支持体 ２０４ Ｚ軸リニアアクチュエータ ２０５ Ｘ軸リニアアクチュエータ ２０６ Ｙ軸リニアアクチュエータ ２０７ パルス電圧印加回路 ３０１ 増幅器 ３０２ 対数圧縮器 ３０３ 低域通過フィルタ ３０４ 誤差増幅器 ３０５ ドライバー ３０６ ＸＹステージ位置制御駆動回路 ３０７ 高域通過フィルタ ４０１ データビット ４０２ 結晶粒 ４０３ データ信号帯域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 9/00 G11B 9/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プローブ電極により素子に流れる電流を
   検出して情報の記録再生等を行う情報処理装置に用いる
   記録媒体であって、プローブ電極と対向配置する基板電
   極上にアモルファスカーボン層を設け、該アモルファス
   カーボン層上に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。
2. 【請求項２】 前記記録層が、有機化合物の単分子膜又
   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記載の記録媒体。
3. 【請求項３】 前記記録層が、分子中に共役π電子系を
   持つ群とσ電子準位を持つ群とを有する有機化合物の単
   分子膜又は該単分子膜を累積した累積膜を有することを
   特徴とする請求項１記載の記録媒体。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか一つに記載の記録
   媒体と、該記録媒体に対向配置させたプローブ電極と、
   該記録媒体とプローブ電極間に電圧を印加する手段と、
   該記録媒体とプローブ電極間に流れるトンネル電流を検
   知する手段とを、少なくとも有して情報の記録又は再生
   又は消去を行うことを特徴とする情報処理装置。