JP4572756B2 - Recording method to ferroelectric layer and recording device to ferroelectric layer - Google Patents

Recording method to ferroelectric layer and recording device to ferroelectric layer Download PDF

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強誘電体層を記録媒体とし、そこへアナログ記録(無段階記録)または多段階記録を行い、利用する分野、特に、書き換え可能なディスク状記録体への記録に関する強誘電体層への記録方法および強誘電体層への記録装置に係る。 Recording method to a ferroelectric layer in a field where a ferroelectric layer is used as a recording medium, and analog recording (stepless recording) or multi-step recording is performed on the recording medium, particularly regarding recording on a rewritable disc-shaped recording medium And a recording device for a ferroelectric layer.

本発明は本願発明者による特開2005-149647の改良に関する。以下、特開2005-149647に沿って、背景技術について述べる。
通常の強誘電体は、印加電界Eと電気分極Pの間に図14に示したような履歴挙動(ヒステリシス)を有している。この履歴挙動についての詳細は、例えば「強誘電体薄膜メモリ」(1995年発行、サイエンスフォーラム社)に記載されており、また特開平6−130361号公報、特開2001−298164号公報等にも多数記載されている。印加電界を強くしても強誘電体の電気分極が増加しないようになる電界の強さを飽和電界と呼ぶ。そのときの分極を飽和分極と呼び、Pmと表示する。また、残留分極Prとは強誘電体を電界Eに晒した後、電界を取り去っても強誘電体に残留する電気分極である。強誘電体層に飽和電界以上の電界を印加した際の残留分極を飽和残留分極と呼びPr(m)と表示する。ここで飽和電界とは理論的には強誘電体層の全ての部分が一方向に整列して分極している状態を示すが、実際の強誘電体層においては何らかの原因で仲々整列しない部分が発生することがある。しかし実用上問題のない程度であれば、それを無視して飽和電界と呼ぶ。厳密に区別する場合には、前者をEs(飽和)、後者をEm(最大)で示すことが多い。ここでは実質的な飽和を示し、Emと表示する。先に述べたPmも同様に実質的に最大の分極であることを示す。印加電界を−Em→Em→−Emに変化したときの履歴挙動の例は図14における最大面積のループであり、一般に飽和履歴曲線と呼ぶ。
The present invention relates to the improvement of JP-A-2005-149647 by the present inventor. The background art will be described below along JP-A-2005-149647.
A normal ferroelectric has a hysteresis behavior (hysteresis) as shown in FIG. 14 between the applied electric field E and the electric polarization P. Details of this history behavior are described in, for example, “Ferroelectric thin film memory” (published in 1995, Science Forum), and also in JP-A-6-130361 and JP-A-2001-298164. Many are described. The strength of the electric field at which the electric polarization of the ferroelectric material does not increase even when the applied electric field is increased is called a saturation electric field. The polarization at that time is called saturation polarization and is expressed as Pm. The residual polarization Pr is the electrical polarization that remains in the ferroelectric material after the ferroelectric material is exposed to the electric field E and then removed. The residual polarization when an electric field equal to or higher than the saturation electric field is applied to the ferroelectric layer is called saturation residual polarization and is expressed as Pr (m). Here, the saturation electric field theoretically indicates a state in which all parts of the ferroelectric layer are aligned and polarized in one direction, but in an actual ferroelectric layer, there are parts that are not aligned for some reason. May occur. However, if there is no practical problem, ignore it and call it a saturation electric field. When strictly distinguishing, the former is often indicated by Es (saturated) and the latter by Em (maximum). Here, substantial saturation is indicated, and it is expressed as Em. Similarly, Pm described above indicates that the polarization is substantially maximum. An example of the history behavior when the applied electric field is changed from -Em to Em to -Em is the loop of the maximum area in FIG. 14, and is generally called a saturation history curve.

強誘電体の残留分極を利用して、強誘電体を記録媒体として使用する分野がある。その分野の一つに、強誘電体層をディスク状の記録メディアとするものがある。例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3に開示されている高密度記録方式である。 There is a field in which a ferroelectric is used as a recording medium by utilizing the remanent polarization of the ferroelectric. One of the fields is to use a ferroelectric layer as a disk-shaped recording medium. For example, it is a high-density recording method disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3.

その方式は図15(a)(b)に例示したように、強誘電体層210はディスク200の一面に形成されていて、片持ちレバー212で支持された書込用電極211と相対している。書込信号発生回路221で発生した電界Eを書込用電極211に印可することによって強誘電体層210を分極させ、残留分極Prを発生させる。記録は強誘電体層210と書込用電極211が相対的に移動する状態で行う。全面への書込は、記録用メディアがディスク状の場合には、ディスクがモータ242で駆動する回転軸241を中心に回転し、書込用電極211がディスクの直径方法に移動する方法で行う。そして、読出は読出用電極(本例では書込用電極211が兼ねる)で読み取った信号を読出信号発生回路で処理して行う。 As shown in FIGS. 15A and 15B, the ferroelectric layer 210 is formed on one surface of the disk 200 and is opposed to the writing electrode 211 supported by the cantilever lever 212. Yes. By applying the electric field E generated by the write signal generation circuit 221 to the write electrode 211, the ferroelectric layer 210 is polarized to generate residual polarization Pr. Recording is performed with the ferroelectric layer 210 and the writing electrode 211 moving relatively. When the recording medium is a disk, writing to the entire surface is performed by a method in which the disk rotates about a rotating shaft 241 driven by a motor 242 and the writing electrode 211 moves to the disk diameter method. . Reading is performed by processing a signal read by the reading electrode (also serving as the writing electrode 211 in this example) by the reading signal generation circuit.

一方、記録用メディアが回転しない場合の書込方法としては、書込用電極が一方向に移動し、記録用メディアがそれと垂直な方向移動する方法と、書込用電極が平面的に2方向を移動する方法が開示されている。この場合は、記録用メディアはディスク状ではなく、矩形状のものが開示されている。 On the other hand, as a writing method when the recording medium does not rotate, the writing electrode moves in one direction and the recording medium moves in a direction perpendicular thereto, and the writing electrode has two directions in a plane. A method of moving is disclosed. In this case, the recording medium is disclosed not in the form of a disc but in the form of a rectangle.

これら従来技術においては、デジタル記録、すなわち2値記録が対象であって、残留分極は、単にある方向とその逆方向であると述べられているだけである。すなわち、2値記録である。ただし、特開平11−40759号公報には強誘電体層に通常とは異なる特徴があるものを使用して、残留分極が正負の飽和残留分極の2値以外に残留分極ゼロの状態を得ることによって、3段階(3値)記録を行う方法が開示されている。しかし、3段階記録が限度である。 These prior arts are intended for digital recording, that is, binary recording, and remanent polarization is merely described as being in one direction and the opposite direction. That is, binary recording. However, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-40759, a ferroelectric layer having characteristics different from usual is used to obtain a state in which the residual polarization is zero in addition to the binary value of the positive and negative saturated residual polarization. Discloses a method of performing three-stage (three-value) recording. However, three-stage recording is the limit.

強誘電体は原理的にはアナログ記録、多段階記録の素材とすることが可能である。ここでアナログ記録とは、一般的には記録すべき信号(データ)の強度が無段階的に変化するのに対応して、記録を無段階的に行うことを指す。また、記録されているデータを無段階的に読み出すことも含む。従って無段階記録と呼ぶこともある。また、多段階記録とは、多値記録とも呼ばれ、記録するべき信号の強度が多段階、または多値の状態で記録媒体に印加され、記録媒体に記録された状態も多段階(多値)の状態になるものをいう。 In principle, a ferroelectric material can be used as a material for analog recording and multistage recording. Here, the analog recording generally means that recording is performed in a stepless manner in response to a stepless change in intensity of a signal (data) to be recorded. It also includes reading the recorded data steplessly. Therefore, it is sometimes called stepless recording. Multi-level recording is also referred to as multi-level recording, where the intensity of a signal to be recorded is applied to a recording medium in a multi-level or multi-level state, and the state recorded on the recording medium is also multi-level (multi-level recording). ) Which is in the state of

一般にアナログ記録では、信号上では時間的に、記録媒体上では空間的に連続している記録を指すことが多いが、本発明においては、図10のように時間(t)的、空間(T)的に離散している記録も、記録信号が無段階信号ならばアナログ記録と呼ぶ。多段階記録の場合も同様である。このように、記録媒体上で分割して記録されることは、例えばディスクをセグメントに分割して記録する場合に発生する。 In general, analog recording often refers to recording that is temporally continuous on a signal and spatially continuous on a recording medium. However, in the present invention, time (t) and space (T Recording that is discrete) is called analog recording if the recording signal is a stepless signal. The same applies to multi-stage recording. As described above, the divisional recording on the recording medium occurs, for example, when the disc is divided into segments and recorded.

多段階記録(多値記録)とは、一般には3段階(3値)以上の記録を指すが、本発明においても、同様であるとする。また、本発明においては、飽和残留分極が2方向あることを使用した2段階記録(2値記録)の場合を、デジタル記録と呼ぶ。 Multi-level recording (multi-level recording) generally refers to recording of three levels (three levels) or more, but the same applies to the present invention. In the present invention, the case of two-stage recording (binary recording) using the fact that there are two directions of saturation remanent polarization is called digital recording.

アナログ記録がデジタル記録より好都合な場合は、例えば自然現象の記録や、出力が人の感覚で受け取られる場合である。たとえばデジタルカメラの信号を記録するのに有効である。デジタルカメラのCCDからの画像信号の強度は完全に無段階ではなく、多数の段階からなっている。その画像の出力信号を画像として見るのは人間であり、画像をアナログ的に受け取る。また、音声も同様である。 The case where analog recording is more convenient than digital recording is, for example, the recording of a natural phenomenon or the case where the output is received by a human sense. For example, it is effective for recording a digital camera signal. The intensity of the image signal from the CCD of the digital camera is not completely stepless but consists of a number of steps. It is a human who sees the output signal of the image as an image, and the image is received in an analog manner. The same applies to voice.

現在はデジタル信号処理技術が進歩し、音声のようなアナログ信号であってもA−D変換でデジタル化して記録し、記録信号の読み出しもその後の信号処理もデジタルである。最終段階に近い段階でD−A変換して人間が受け取ることができるようにしている。しかし、アナログまま記録・再生することができれば、データ量やデータ処理量を減少させうる。また、多段階記録が可能であれば、2値のデジタルデータであってもD−D変換によって、データ量が減少し、処理速度の向上につながる。 At present, digital signal processing technology has advanced, and even analog signals such as voice are digitized and recorded by A-D conversion, and the readout of the recorded signal and the subsequent signal processing are digital. A D-A conversion is performed at a stage close to the final stage so that it can be received by a human. However, if data can be recorded / reproduced in analog form, the data amount and data processing amount can be reduced. If multi-stage recording is possible, the amount of data is reduced by DD conversion even for binary digital data, leading to an improvement in processing speed.

アナログ記録では、入力と出力の間にどの程度の直線性(正比例関係)が得られるのかが常に問題となる。アナログ記録では、記録する信号の強度とその信号を記録状態から再生した信号の強度の関係が、何ら補正しない状態で直線的に比例するほど、使用しやすく、用途が広い。多段階記録でも同様である。また、周波数応答性が低周波数から高周波数まで平坦であるほど好ましい。一般に、強誘電体は分極の反転速度が数マイクロ秒であるので、基本的には周波数応答性を広くすることができる可能性がある。 In analog recording, it is always a problem how much linearity (direct proportional relationship) is obtained between input and output. In analog recording, as the relationship between the intensity of a signal to be recorded and the intensity of a signal reproduced from the recorded state is linearly proportional without any correction, it is easier to use and has a wider range of applications. The same applies to multistage recording. Further, it is more preferable that the frequency response is flat from a low frequency to a high frequency. In general, a ferroelectric has a polarization reversal speed of several microseconds. Therefore, basically, there is a possibility that the frequency response can be broadened.

メモリセルの発明ではあるが、強誘電体をアナログ記録の用途に使用する方法が特開平9−63294号公報に開示されている。その方法を、図16に基づいて以下に述べる。 Japanese Patent Laid-Open No. 9-63294 discloses a method of using a ferroelectric substance for analog recording, although it is an invention of a memory cell. The method will be described below with reference to FIG.

まず、強誘電体層Fmを一対の電極XとYで挟持した構成を作成する(図16(b))。これをメモリセルと呼ぶ。電極Xと電極Yの間に図16(a)に示した一連の電気信号を印加する。すなわちまず、メモリセルに強誘電体の抗電界(本願発明者注:飽和電界と解する方がよいと考える)よりも大きな電界を有する第一のパルスVeを一対の電極から強誘電体層に印加して、強誘電体を分極の2つの状態のうち第一の方向(図16(b)では下向き方向)の分極状態Pに分極させる。次に第一のパルスとは逆方向の電界の第2のパルスVwを電極に印加して、第一の方向の分極を有するドメインと、それとは逆方向の分極(上向きの分極P)を有するドメインとが混在した部分分極状態とする(図16(c))。この第2のパルスで部分分極状態を無段階的に制御することができるので、アナログ記録を行うことができる。 First, a configuration in which the ferroelectric layer Fm is sandwiched between a pair of electrodes X and Y is created (FIG. 16B). This is called a memory cell. A series of electrical signals shown in FIG. 16A is applied between the electrode X and the electrode Y. That is, first, a first pulse Ve having an electric field larger than the coercive electric field of a ferroelectric substance (which is considered to be better understood as a saturation electric field) is applied to a memory cell from a pair of electrodes to a ferroelectric layer. This is applied to polarize the ferroelectric to the polarization state P in the first direction (the downward direction in FIG. 16B) of the two states of polarization. Next, a second pulse Vw having an electric field in a direction opposite to that of the first pulse is applied to the electrode to have a domain having a polarization in the first direction and a polarization in the opposite direction (upward polarization P). A partially polarized state in which domains are mixed is set (FIG. 16C). Since the partial polarization state can be controlled steplessly by this second pulse, analog recording can be performed.

図16(b)の状態にすることは、既に強誘電体層に記録されている残留分極(以後、前歴と呼ぶ)を消去するための行程であって、多段階記録、アナログ記録を行うためには必要な行程である。もしも、この行程を経ずに新規なデータを書き込むための電界を印加すると、得られる残留分極は、前歴によって異なった値になる。その理由は、強誘電体がヒステリシス特性を有することに由来する。図16(b)の状態、すなわち飽和分極の状態にすると、前歴は消去され、その後に新規なデータを書き込むと、再現性のある残留分極が得られる。 The state shown in FIG. 16B is a process for erasing remanent polarization (hereinafter referred to as previous history) already recorded in the ferroelectric layer, in order to perform multi-step recording and analog recording. Is a necessary process. If an electric field for writing new data is applied without going through this process, the resulting remanent polarization varies depending on the previous history. The reason is that the ferroelectric has a hysteresis characteristic. In the state of FIG. 16B, that is, the state of saturation polarization, the previous history is erased, and when new data is written thereafter, reproducible remanent polarization is obtained.

この特開平9−63294号公報の方法を、書込電極と強誘電体層が相対的に移動する状態に適用したものが、特開平9−91776に記載されている。すなわち、第1のパルスで強誘電体層を飽和分極の状態にしたのち、第2のパルスで逆方向の電界を印加して、部分分極状態にする方法である。 Japanese Patent Laid-Open No. 9-91776 discloses that the method of Japanese Patent Laid-Open No. 9-63294 is applied to a state in which the write electrode and the ferroelectric layer move relatively. In other words, the ferroelectric layer is brought into a saturation polarization state with the first pulse, and then an electric field in the opposite direction is applied with the second pulse to bring it into a partial polarization state.

この方法の問題点は、後に作用効果の項で詳しくのべるが、書込電界と残留分極が直線関係にある範囲が狭く、また記録可能な電界の幅が狭い点である。ただし、感度は高い。 The problem of this method is that the range in which the writing electric field and the remanent polarization are in a linear relationship is narrow and the width of the recordable electric field is narrow, as will be described in detail later in the section of action and effect. However, the sensitivity is high.

一方、特許文献1、特許文献2、特許文献3等の公知資料には、強誘電体層の前歴を消去する行程についての記載がない。これは、書込時には、常に飽和分極の状態(図16(b)の状態および分極の方向が逆の状態)にするので、強誘電体層の前歴は消去されてしまう。従って前歴消去の行程は不要だからである。また、前歴を消去する行程を行おうとしても、強誘電体層と電極が相対的に移動しているので、行うことができない。 On the other hand, known documents such as Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 do not describe the process of erasing the previous history of the ferroelectric layer. Since this is always in the saturation polarization state (the state of FIG. 16B and the polarization direction is reversed) at the time of writing, the previous history of the ferroelectric layer is erased. Therefore, the process of erasing the previous history is unnecessary. Further, even if the process of erasing the previous history is performed, the process cannot be performed because the ferroelectric layer and the electrode are relatively moved.

また、別の方法が特開平11−305257号公報に記載されている。これは、アクティブ型液晶表示装置において、TFTのゲート絶縁層に強誘電体を使用して、消費電力を減少するという発明である。 Another method is described in JP-A-11-305257. This is an invention of reducing the power consumption by using a ferroelectric in the gate insulating layer of a TFT in an active liquid crystal display device.

その発明では、強誘電体ゲート絶縁膜の分極状態を多段階または無段階に所要の値にする方法を開示している。その方法では、強誘電体層の前歴を消去する方法として、時間的に電界が減少する交番パルス電界、または交流で強誘電体層の前歴を消去する方法である。その後、記録すべき電圧を印加して、残留分極を得る。しかし、本発明が対象としている方法では、前歴消去用電極と強誘電体層が相対的に移動しているので、この方法も適用することができない。 In the invention, a method is disclosed in which the polarization state of the ferroelectric gate insulating film is set to a required value in a multistep or stepless manner. In this method, as a method of erasing the previous history of the ferroelectric layer, an alternating pulse electric field whose electric field decreases with time, or a method of erasing the previous history of the ferroelectric layer by alternating current is used. Thereafter, a voltage to be recorded is applied to obtain residual polarization. However, in the method targeted by the present invention, since the previous history erasing electrode and the ferroelectric layer are relatively moved, this method cannot be applied.

本願発明者は特開2005-149647号において、以下の方法を提供して、以上の背景技術の問題点の解決すべき課題を解決し、強誘電体層を記録媒体とする多段階記録、アナログ記録を行う強誘電体層への記録方法、および強誘電体層への記録装置として、従来法より入出力特性の直線性がよい方法、装置を実現することができた。 The inventor of the present application provides the following method in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-149647 to solve the above-mentioned problems to be solved in the background art, and to perform multi-stage recording and analog using a ferroelectric layer as a recording medium. As a recording method for a ferroelectric layer for recording and a recording device for a ferroelectric layer, a method and an apparatus having better linearity of input / output characteristics than the conventional method could be realized.

すなわち、強誘電体層と書込手段が相対的に移動している状態で、強誘電体層にアナログ記録または多段階記録を行うにあたり、書込手段が電界を強誘電体層へ印加して記録するに先立ち、強誘電体層の飽和電界以上の電界を前歴消去手段によって印加して前歴を消去することを特徴とする強誘電体層への記録方法であって、誘電体層に印加される前歴消去手段による電界が、正負が交番する電界であって、前歴消去手段と強誘電体層の相対的位置の変化によって、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界から減少して、正負が3サイクル以上交番する間に実質的にゼロになることを特徴とする強誘電体層への記録方法を提供した。 That is, in performing analog recording or multi-step recording on the ferroelectric layer while the ferroelectric layer and the writing means are relatively moved, the writing means applies an electric field to the ferroelectric layer. Prior to recording, a method of erasing the previous history by applying an electric field equal to or higher than the saturation electric field of the ferroelectric layer by the previous history erasing means, which is applied to the dielectric layer. The electric field generated by the previous history eraser is an electric field that alternates between positive and negative. There is provided a method for recording on a ferroelectric layer, wherein the positive and negative values become substantially zero during alternating three or more cycles.

また、実際の装置としては、ディスクドライブ方式でディスクの基板上に形成されている強誘電体層にアナログ記録または多段階記録するための装置であることを特徴とする強誘電体層への記録装置を提供した。 Further, as an actual device, recording on a ferroelectric layer characterized in that it is a device for analog recording or multi-step recording on a ferroelectric layer formed on a substrate of a disk by a disk drive method. Equipment was provided.

しかし、新たな問題が発生した。まず、電極が前歴消去用の電極が必要になったことである。すなわち、基本構成としては、前歴消去用、書込用、読取用の3種類の電極が必要となり、コストアップになった。電極の数をへらすために、前歴消去、書込、読取を一つに電極で行うようにすることもできるが、前歴を消去した後、ディスクが1回転してから書込を行うので、書込速度があがらなかった。また、書き込んだ場所を読み取るには、さらにディスクが1回転するのを待つ必要があった。また、書込と読取を別の電極で行うとして、前歴消去と書込を一つの電極で行うとした場合には、前歴消去後、ディスクが1回転してから書き込む必要があり、書き込みに時間がかかった。
特開平8−31027号公報 特開平9−91776号公報 特開平10−289495号
However, a new problem has occurred. First, an electrode for erasing the previous history is required. That is, as the basic configuration, three types of electrodes for erasing the previous history, writing, and reading are required, resulting in an increase in cost. In order to reduce the number of electrodes, the previous history erasure, writing, and reading can be performed with one electrode. However, after erasing the previous history, writing is performed after the disk has been rotated once. The speed was not increased. Further, in order to read the written place, it was necessary to wait for the disk to make one more rotation. In addition, when writing and reading are performed with different electrodes, and when the previous history erasure and writing are performed with one electrode, after the previous history erasing, it is necessary to write the disc after one rotation, and writing takes time. It took.
JP-A-8-31027 Japanese Patent Laid-Open No. 9-91776 JP-A-10-289495

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、強誘電体層にアナログ記録を行う場合に、電極構成が簡単であり、かつ書き込み時間が短い記録方法と記録装置を見いだすことである。 The present invention has been made in view of the above problems, and is to find a recording method and a recording apparatus that have a simple electrode configuration and a short writing time when analog recording is performed on a ferroelectric layer.

請求項1に記載の発明は、
強誘電体層が書込手段と相対的に移動している状態で、強誘電体層に書込手段による電界を印加して、アナログ記録を行うにあたり、書込手段が電界を強誘電体層へ印加して記録する方法であって、
強誘電体層に印加される電界が、記録すべきアナログ電気信号が包括線として記録されるように交流電気信号を重畳した電気信号を書込手段によって印加される電界であり、
該電界が強誘電体層と書込手段の相対的位置の変化によって、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界から正負が交番しながら減衰することによって強誘電体層の前歴を消去しながら書き込むことを特徴とする強誘電体層へのアナログ記録方法である。
The invention described in claim 1
When analog recording is performed by applying an electric field by the writing means to the ferroelectric layer while the ferroelectric layer is moving relative to the writing means, the writing means applies the electric field to the ferroelectric layer. A method of recording by applying to
The electric field applied to the ferroelectric layer is an electric field applied by the writing means with an electric signal superimposed with an AC electric signal so that the analog electric signal to be recorded is recorded as a comprehensive line ,
The previous history of the ferroelectric layer is erased by alternating the positive and negative electric fields from the electric field having a strength equal to or higher than the saturation electric field of the ferroelectric layer due to a change in the relative position of the ferroelectric layer and the writing means. The method of analog recording on a ferroelectric layer is characterized in that writing is performed while writing.

請求項2に記載の発明は、
強誘電体層が書込手段と相対的に移動している状態で、強誘電体層に書込手段による電界を印加して、多段階記録を行うにあたり、書込手段が電界を強誘電体層へ印加して記録する方法であって、
強誘電体層に印加される電界が、記録すべきパルス状の多段階電気信号を最高周波数fmで近似した多段階振幅の電気信号とし、該電気信号が包括線として記録されるように交流電気信号を重畳した電気信号を書込手段によって印加される電界であり、
該電界が強誘電体層と書込手段の相対的位置の変化よって、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界から正負が交番しながら減衰することによって強誘電体層の前歴を消去しながら書き込むことを特徴とする強誘電体層への多段階記録方法である。
The invention described in claim 2
When the ferroelectric layer is moved relative to the writing means, an electric field by the writing means is applied to the ferroelectric layer to perform multi-step recording. A method of recording by applying to a layer,
The electric field applied to the ferroelectric layer is a multistage amplitude electrical signal that approximates the pulsed multistage electrical signal to be recorded at the maximum frequency fm, and the alternating current is recorded so that the electrical signal is recorded as a comprehensive line. the electrical signal superposed signals is a field applied by the writing means,
Due to the change in the relative position of the ferroelectric layer and the writing means, the previous history of the ferroelectric layer is erased by attenuating the electric field at least greater than the saturation electric field of the ferroelectric layer while alternating between positive and negative. The method is a multi-step recording method on a ferroelectric layer, wherein writing is performed while writing.

請求項3に記載の発明は、
請求項1あるいは2に記載の強誘電体層への記録方法で記録する装置であって、書込手段である書込用電極と読取手段である読取用電極を有することを特徴とする強誘電体層への記録装置である。
The invention according to claim 3
3. A ferroelectric recording apparatus according to claim 1, wherein said ferroelectric layer has a writing electrode as a writing means and a reading electrode as a reading means. It is a recording device for a body layer.

請求項4に記載の発明は、
書込用電極が読取用電極を兼ねていることを特徴とする請求項3に記載の強誘電体層への記録装置である。
The invention according to claim 4
4. The recording device for a ferroelectric layer according to claim 3, wherein the writing electrode also serves as the reading electrode.

請求項5に記載の発明は、
記録装置がディスクドライブ方式でディスクの基板上に形成されている強誘電体層にアナログ記録または多段階記録するための記録装置であることを特徴とする請求項3あるいは4に記載の強誘電体層への記録装置である。
The invention described in claim 5
5. The ferroelectric material according to claim 3, wherein the recording device is a recording device for performing analog recording or multistage recording on a ferroelectric layer formed on a substrate of a disk by a disk drive system. Recording device to the layer.

本発明によって、強誘電体層を記録媒体とするアナログ記録を行う強誘電体層への記録方法、および強誘電体層への記録装置として、前歴消去と書込を一つの電極で同時に行うことができるようになり、従来法より電極構成が簡単であり、書き込み時間が短く、低コストの記録方法と記録装置を実現することができる。 According to the present invention, as a recording method for a ferroelectric layer for performing analog recording using a ferroelectric layer as a recording medium, and a recording device for a ferroelectric layer, previous history erasure and writing are simultaneously performed with one electrode. Thus, an electrode configuration is simpler than that of the conventional method, a writing time is short, and a low-cost recording method and apparatus can be realized.

請求項1に関わる強誘電体層への記録方法に用いられる記録装置の構造例を図1に示す。図1において、強誘電体層12はディスク状の基板10の上に裏面電極11を介して形成されていて、軸中心で回転している。裏面電極11は、少なくとも表面に強誘電体層12がある部分の裏面全面に形成されている。 FIG. 1 shows an example of the structure of a recording apparatus used in the method for recording on a ferroelectric layer according to claim 1. In FIG. 1, a ferroelectric layer 12 is formed on a disk-like substrate 10 via a back electrode 11 and rotates about its axis. The back electrode 11 is formed on the entire back surface where the ferroelectric layer 12 is at least on the surface.

書込信号は、書込信号発生器13において、交流電圧と記録すべきアナログ信号を重畳して形成される。その電圧波形の例を図2に示す。この電圧が書込手段である書込用ヘッド14を通じて、その先端の書込用電極15と強誘電体層12の裏面電極11の間で形成される電界として、強誘電体層12に印加される。そして、後に述べるメカニズムによって、強誘電体層の前歴(以前記録)が消去されると同時に、所望の記録すべきアナログ信号、または多段階信号が、直線性のよい入出力特性がえられる強誘電体層の残留分極として記録される。 The write signal is formed in the write signal generator 13 by superimposing the AC voltage and the analog signal to be recorded. An example of the voltage waveform is shown in FIG. This voltage is applied to the ferroelectric layer 12 as an electric field formed between the writing electrode 15 at the tip thereof and the back electrode 11 of the ferroelectric layer 12 through the writing head 14 as writing means. The By the mechanism described later, the previous history (previously recorded) of the ferroelectric layer is erased, and at the same time, the desired analog signal to be recorded or the multi-stage signal is a ferroelectric that provides input / output characteristics with good linearity. Recorded as body layer remnant polarization.

一方、強誘電体層12に記録された電気分極状態の信号は、読取用ヘッド16の先端の読取用電極17によって、局部的な電界強度として感知され、読取用ヘッド16の作用によって読取信号18として外部へ取り出される。書込と読取は独立に行うことができる。なお、書込用電極15と読取用電極17は強誘電体層12とは接しない状態で保持されている。 On the other hand, the signal of the electric polarization state recorded on the ferroelectric layer 12 is detected as a local electric field strength by the reading electrode 17 at the tip of the reading head 16, and the reading signal 18 is acted by the action of the reading head 16. Is taken out to the outside. Writing and reading can be performed independently. Note that the writing electrode 15 and the reading electrode 17 are held in a state where they are not in contact with the ferroelectric layer 12.

図2に例示した書込用信号発生器で発生させる電気信号の波形について以下に述べる。この波形は、記録すべきアナログ信号と一定電圧の交流を重畳させて得ている。ここで交流の周波数は記録すべき信号の最高周波数より数倍高い周波数である。例えば図2のように、周波数の高い交流電圧が、周波数の低い記録すべき信号によって、電位の中間値が変動した波形になっている。別の見方をすると、包絡線が記録すべき信号である。ここで交流電圧の高さは、交流電圧によって発生する書込用電極15の直下の電界が、強誘電体層の飽和電界より大きくなるように設定する。その設定の結果として、後に述べるように、強誘電体層の前歴が消去される。なお、書込用電極の構造は、分解能(記録密度)を高くするために、できるだけ電界を狭い領域に集中させることが好ましく、一般的に針状である。 The waveform of the electrical signal generated by the write signal generator illustrated in FIG. 2 will be described below. This waveform is obtained by superimposing an analog signal to be recorded and a constant voltage alternating current. Here, the AC frequency is several times higher than the highest frequency of the signal to be recorded. For example, as shown in FIG. 2, an alternating voltage having a high frequency has a waveform in which the intermediate value of the potential varies depending on a signal to be recorded having a low frequency. From another perspective, the envelope is the signal to be recorded. Here, the height of the AC voltage is set so that the electric field directly below the writing electrode 15 generated by the AC voltage is larger than the saturation electric field of the ferroelectric layer. As a result of the setting, as described later, the previous history of the ferroelectric layer is erased. Note that the structure of the writing electrode is preferably a needle-like structure in which the electric field is concentrated in a narrow region as much as possible in order to increase the resolution (recording density).

ここで、書込用信号発生器13において、記録すべきアナログ信号と重畳される交流信号の周波数は、記録すべきアナログ信号の最高の周波数より少なくとも4倍以上の周波数であることが、アナログ記録に必要な最低限の直線性の入出力特性をうるために必要である。さらに良好な直線性を有する入出力特性を得るためには、6倍以上の周波数であることが好ましく、倍率が高くなるにつれて入出力特性の直線性が向上する。ただし、倍率を10倍程度以上にしても、入出力特性の直線性はあまり向上しない。しかし、書込信号発生器から書込用電極までの書込信号系のインピーダンスの面から、限界がある。そのため、そのインピーダンスをできるだけ低くする書込信号系の構造、構成が好ましい。書込用電極は針状電極とすることで記録密度を高くすることができ、またインピーダンスを低くすることができるので好ましい。 Here, in the writing signal generator 13, the frequency of the AC signal superimposed on the analog signal to be recorded is at least four times higher than the highest frequency of the analog signal to be recorded. Necessary to obtain the minimum linearity input / output characteristics required for In order to obtain input / output characteristics having better linearity, the frequency is preferably 6 times or more, and the linearity of the input / output characteristics improves as the magnification increases. However, even if the magnification is about 10 times or more, the linearity of the input / output characteristics is not improved so much. However, there is a limit in terms of the impedance of the write signal system from the write signal generator to the write electrode. Therefore, a structure and configuration of a write signal system that makes the impedance as low as possible is preferable. The writing electrode is preferably a needle-like electrode because the recording density can be increased and the impedance can be lowered.

書込用電極と強誘電体層は相対的に移動しているので、強誘電体層に印加される書込最中に書込用針状電極による電界は、両者が近づくにつれて増加し、針状電極の真下で最大になり、遠ざかるにつれて減少する。最大に達した後に減少する強誘電体層に印加される電界の強度の変化を模式的に図7に示した。 Since the writing electrode and the ferroelectric layer move relative to each other, the electric field generated by the writing needle electrode during writing applied to the ferroelectric layer increases as the two approach each other. It becomes maximum just below the electrode and decreases with increasing distance. FIG. 7 schematically shows changes in the strength of the electric field applied to the ferroelectric layer that decreases after reaching the maximum.

相対速度が遅い場合には、記録すべきアナログ信号が狭い部分に密に詰まり過ぎて、強誘電体層の特性と書込用電極で定められる最高記録密度以上になると、忠実な記録にならない。 When the relative speed is low, the analog signal to be recorded is too tightly packed in a narrow portion, and if the recording density exceeds the maximum recording density determined by the characteristics of the ferroelectric layer and the writing electrode, faithful recording cannot be performed.

一方、強誘電体層に印加される電界が最大から実質的にゼロになるまでに、交流成分によって強誘電体層の電気分極が周期的に変化するが、そのサイクルの回数が3回以下では、記録すべきアナログ信号に忠実な残留電気分極が強誘電体層上に形成されない。4回以上のサイクルが必要である。従って、交流信号の周波数はできるだけ高いことが好ましいが、前記したように書込用信号系のインピーダンスによる制限がある。なお、強誘電体の分極反転速度はマイクロ秒以下であるが、この速度が問題にならない周波数の範囲を本願の対象とする。 On the other hand, until the electric field applied to the ferroelectric layer changes from the maximum to substantially zero, the electric polarization of the ferroelectric layer periodically changes due to the AC component, but if the number of cycles is 3 or less, The residual electric polarization faithful to the analog signal to be recorded is not formed on the ferroelectric layer. Four or more cycles are required. Therefore, the frequency of the AC signal is preferably as high as possible, but there is a limitation due to the impedance of the write signal system as described above. Although the polarization reversal speed of the ferroelectric is less than microseconds, the frequency range in which this speed is not a problem is the subject of the present application.

以下に本発明の書込方法によって、強誘電体層の前歴(すでに書き込まれていて、残留分極として保存されているデータ)が消去され、所望のデータが強誘電体層に残留分極として書き込まれる過程を述べる。 In the following, by the writing method of the present invention, the previous history of the ferroelectric layer (data already written and stored as remanent polarization) is erased, and desired data is written as remanent polarization in the ferroelectric layer. Describe the process.

まず、書込用電極によって発生する電界の大きさと分布の影響は、特開2005-149647号の場合とほぼ同様であり、図4を用いて以下に示す。これらは最終的には分解能(記録密度)に影響するので、本発明の書込方法による分解能は、特開2005-149647号における分解能とほぼ同じである。 First, the influence of the magnitude and distribution of the electric field generated by the writing electrode is almost the same as in the case of JP-A-2005-149647, and will be described below with reference to FIG. Since these ultimately affect the resolution (recording density), the resolution according to the writing method of the present invention is almost the same as the resolution in JP-A-2005-149647.

図4に基づいて、時間的に連続した多段階信号あるいはアナログ信号を書込用電極に供給して強誘電体層に記録する方法、によって生じる残留分極の様子を以下に説明する。この場合、強誘電体層の前歴消去は対象部分全域について連続して飽和電界を印加して行ったものとする。 Based on FIG. 4, the state of remanent polarization caused by a method of supplying a multi-stage signal or analog signal continuous in time to the writing electrode and recording it on the ferroelectric layer will be described below. In this case, it is assumed that the previous history erasure of the ferroelectric layer is performed by continuously applying a saturation electric field over the entire target portion.

理想的な書込用電極として、それによって発生する電極直下の電界の分布が一様であり、それ以外の場所の電界が零のものを想定する。まず、この書込用電極の直下を強誘電体層が移動している最中に、電界が変化した場合を以下検討する。 As an ideal writing electrode, it is assumed that the electric field distribution directly generated by the electrode is uniform and the electric field at other locations is zero. First, a case where the electric field is changed while the ferroelectric layer is moving immediately below the writing electrode will be examined below.

書込電界が弱→強に変化した場合と、強→弱に変化した場合では、強誘電体のヒステリシス特性の故に、残留分極の様子が若干異なる。弱→強に変化した場合には、書込用電極の直下で弱く分極していた部分(弱分極部分)は全部強く分極した状態(強分極状態)になる。一方、書込電界が強→弱に変化した場合には書込用電極の直下で強分極だった部分の残留分極は強分極のまま残る。従って、たとえば、図4(a)に示したように、t=0で強(++)の信号電界を印加した時点から、(b)のt=1で強(++)の信号電界を終了し、弱(+)の信号電界を印加するまでは、上向きの分極が大きい。(c)のt=2は、弱の信号を印加してから、電極の半ばまで強誘電体層が移動した状態であって、強誘電体層は電極の前半分の部分は電界弱に比例した少程度の分極状態である。(d)は書込信号の強度弱の状態で強誘電体層が書込用電極の下を半分だけ通過した状態を示している。さらに(d)は書込信号が弱の状態で強誘電体層が書込用電極の出口まで移動した状態を示している。次に書込信号が弱の状態で記録された部分の先端が書込用電極の出口を通過する寸前に強信号を印加すると、(e)に示したように先に記録した弱信号による分極は消去されて、強信号に対応する分極状態になる。従って、分解能(記録密度)は、書込用電界の移動方向の長さ(幅)の2倍のサイズである。 When the writing electric field changes from weak to strong and when it changes from strong to weak, the state of remanent polarization is slightly different due to the hysteresis characteristics of the ferroelectric. In the case of changing from weak to strong, the portion that is weakly polarized (weakly polarized portion) immediately below the writing electrode is in a strongly polarized state (strongly polarized state). On the other hand, when the writing electric field changes from strong to weak, the remnant polarization of the portion that was strongly polarized immediately below the writing electrode remains strongly polarized. Therefore, for example, as shown in FIG. 4A, the strong (++) signal electric field is terminated at t = 1 in (b) after the strong (++) signal electric field is applied at t = 0. The upward polarization is large until a weak (+) signal electric field is applied. T = 2 in (c) is a state in which the ferroelectric layer has moved to the middle of the electrode after applying a weak signal, and the front half of the ferroelectric layer is proportional to the electric field weakness. The degree of polarization is small. (D) shows a state in which the ferroelectric layer passes halfway under the write electrode in a state where the intensity of the write signal is weak. Further, (d) shows a state in which the ferroelectric layer has moved to the exit of the write electrode while the write signal is weak. Next, when a strong signal is applied just before the tip of the portion recorded with the write signal being weak passes through the exit of the write electrode, the polarization due to the weak signal previously recorded as shown in (e) Is erased to a polarization state corresponding to a strong signal. Accordingly, the resolution (recording density) is twice the size (width) of the writing electric field in the moving direction.

実際には、書込用電極による電界は一様でなく、また電極の端部で不連続的にゼロにはならず、連続的に減少する。従って、分解能は上述の解析結果よりも若干変化するが、書込用電極の幅の大略2倍であるということができる。 In practice, the electric field generated by the writing electrode is not uniform, and does not discontinuously become zero at the end of the electrode, but continuously decreases. Therefore, although the resolution slightly changes from the above analysis result, it can be said that the resolution is approximately twice the width of the writing electrode.

特開2005-149647とは異なり、本発明の書込方法においては、図4(a)におけるように強誘電体層の前歴は予め飽和電界を印加して消去するのではなく、書込用信号による交番電界の強さを飽和電界以上にすることによって、消去している。従って、強誘電体層が電極部を通過する速度が速すぎると飽和電界が印加されない部分が発生し、前歴の消去が不完全になってしまう。この現象を回避するためには、書込用電極によって飽和電界以上に達する領域のサイズをW、強誘電体層の一転が通過するに要する時間をt、書込用の交番電界の周波数をfであるとすると、少なくともW/t>fであることが必要である。従って記録密度を高くするためにはfをできるだけ高くすることが有効である。 Unlike Japanese Patent Laid-Open No. 2005-149647, in the writing method of the present invention, the previous history of the ferroelectric layer is not erased by applying a saturated electric field in advance as shown in FIG. Elimination is performed by setting the alternating electric field strength due to the above to a saturation electric field or more. Accordingly, if the speed at which the ferroelectric layer passes through the electrode portion is too high, a portion where a saturation electric field is not applied is generated, and the previous history is not completely erased. In order to avoid this phenomenon, the size of the region that reaches or exceeds the saturation electric field by the writing electrode is W, the time required for one turn of the ferroelectric layer to pass is t, and the frequency of the alternating electric field for writing is f In this case, it is necessary that at least W / t> f. Therefore, to increase the recording density, it is effective to increase f as much as possible.

特開2005-149647号に開示した方法おいては、前歴消去用電界として、正負が交番する電界を使用するが、消去する場所が一カ所(1セグメント、1トラック)であって、交番する複数のパルス(図6(a)(b))、または交流(図6(c))を用いて前歴を消去する過程を、以下図7,8に基づいて説明する。全面の記録を消去して書き換える場合も同様である。 In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-149647, an electric field that alternates between positive and negative is used as the previous history erasing electric field, but there is one place (one segment, one track) to be erased, and a plurality of alternating The process of erasing the previous history using the pulse of FIG. 6 (FIGS. 6A and 6B) or alternating current (FIG. 6C) will be described below with reference to FIGS. The same applies when erasing and rewriting the entire recording.

なお、消去する際には、前歴消去用電界の最大強度は強誘電体層の飽和電界以上である。交番する回数は数回程度あればよい。交番する回数が少ないと、前歴消去効果が不完全になり、書込電界と残留電界の間の相関(再現性)が低下する。そのため、アナログ記録、多値記録の精度が低下する。要求される再現性によって異なるが、少なくとも3サイクルは交番することが望ましい。通常は5〜6回交番すれば充分であるが、高い再現性を必要とする場合には、さらに多数回の前歴消去用交番電界を印加する。 When erasing, the maximum intensity of the previous history erasing electric field is equal to or higher than the saturation electric field of the ferroelectric layer. The number of alternations should be about several times. If the number of times of alternating is small, the previous history erasing effect becomes incomplete, and the correlation (reproducibility) between the writing electric field and the residual electric field decreases. For this reason, the accuracy of analog recording and multi-value recording decreases. Depending on the reproducibility required, it is desirable to alternate for at least three cycles. Usually, it is sufficient to alternate 5 to 6 times. However, when high reproducibility is required, an alternating electric field for previous history erasing is applied many more times.

図7は、強誘電体層が消去用電極に近づき、下を通過し、遠ざかるにつれて、印加される電界が変化する様子を例示している。前歴消去用電極は一定強度の交番電界を発生している。強誘電体層に印加される電界の強度の増加、減少は直線的であるように描いているが、実際は電極の形状によって異なる。図8はその際の強誘電体層内の分極の履歴である。分極は、最終的には原点近くに収束する。 FIG. 7 illustrates how the applied electric field changes as the ferroelectric layer approaches the erasing electrode, passes below, and moves away. The previous history erasing electrode generates an alternating electric field having a constant strength. The increase or decrease in the strength of the electric field applied to the ferroelectric layer is drawn to be linear, but actually it depends on the shape of the electrode. FIG. 8 shows the history of polarization in the ferroelectric layer at that time. The polarization eventually converges near the origin.

電界を漸次減少して履歴を消去する方法は、特開平11−305257号公報に記載されているが、その場合には消去用電極と強誘電体層の位置は固定し、消去用電界を時間的に減少させている。この減衰する交番電界を使用する方法で前歴を消去して初期化した場合の、書込時の書込電界Eと残留分極Prの関係は図9に示したようになる。 A method of erasing the history by gradually decreasing the electric field is described in JP-A-11-305257. In this case, the positions of the erasing electrode and the ferroelectric layer are fixed, and the erasing electric field is set to the time. Has been reduced. FIG. 9 shows the relationship between the writing electric field E and the remanent polarization Pr at the time of writing when the previous history is erased and initialized by the method using this alternating electric field that attenuates.

その理由を図5に基づいて以下で説明する。ただし、印加する前歴消去用電界の減衰度合いは実質的に滑らかであるとした場合、即ち、理想的な場合についてである。図7においては、印加電界は最大(飽和電界)からゼロまでに3.5サイクル程度交番しているが、この程度では実質的に滑らかとは言えず初期化分極曲線は原点から多少ずれ、また滑らかでない。図9は交番する回数が無限回と見なせる程度に多い場合の理想的な場合の初期化曲線である。実質的には交番する回数が10サイクル程度であれば、図9に示したような、ほぼ原点を通る滑らかな初期化曲線となる。 The reason will be described below with reference to FIG. However, this is a case where the degree of attenuation of the applied history erasing electric field is assumed to be substantially smooth, that is, an ideal case. In FIG. 7, the applied electric field alternates about 3.5 cycles from the maximum (saturation electric field) to zero, but this level is not substantially smooth, and the initialization polarization curve is slightly deviated from the origin. Not smooth. FIG. 9 is an initialization curve in an ideal case where the number of alternating times is large enough to be regarded as infinite. If the number of times of alternating is substantially about 10 cycles, a smooth initialization curve almost passing through the origin as shown in FIG. 9 is obtained.

図5の初期化分極曲線は、図8の点線、すなわち交番電界を使用する方法による初期化方法で前歴を消去した場合の、分極Pの減少の折り返し点の包絡線である。そして、書込電界Eを印加した場合には、この線に沿って分極Pが発生する。残留分極Prは、生じた分極Pに対応したヒステリシス曲線(マイナーループ)に従った値になる。すなわち、図5において、E1の電界でP1まで分極した強誘電体層は、電界をゼロにすると、残留分極はPr1になるが、曲線P1〜Pr1は、P1の分極を最大分極とするマイナーループの一部である。マイナス方向に−E2の電界を印加した場合には、−P2まで分極し、残留分極は−Pr2となる。図5とマイナーループを使用して、書込電界と残留分極の関係を図上で求めることができる。その結果が図9,10である。また、この方法を用いて本発明における強誘電体層への書込過程を検討した結果が図3(a)、(b)である。 The initialization polarization curve of FIG. 5 is an envelope of the turning point of the decrease in polarization P when the previous history is erased by the dotted line of FIG. 8, that is, the initialization method using the method using an alternating electric field. When the write electric field E is applied, the polarization P is generated along this line. The residual polarization Pr becomes a value according to a hysteresis curve (minor loop) corresponding to the generated polarization P. That is, in FIG. 5, the ferroelectric layer polarized to P1 by the electric field of E1 has a residual polarization of Pr1 when the electric field is zero, but the curves P1 to Pr1 are minor loops in which the polarization of P1 is the maximum polarization. Is part of. When an electric field of −E2 is applied in the negative direction, it is polarized to −P2, and the residual polarization becomes −Pr2. Using FIG. 5 and the minor loop, the relationship between the write electric field and the remanent polarization can be obtained on the diagram. The results are shown in FIGS. 3A and 3B show the results of studying the writing process to the ferroelectric layer in the present invention using this method.

初期化方法として、漸次減少する交番電界であって最大電界が飽和電界Em以上であるものを使用する方法では、書込電界の範囲として図5の−7から+7程度の範囲を使用することができる。また、書込電界Eと残留分極Prがほぼ直線関係をなす範囲が、書込電界が−3から+3の範囲であり広く、直線性が高いので、アナログ記録に適している。また、書込電界と記録される残留分極の関係の勾配が緩やかであるので、電界の制御を高精度で行う必要性が少ない。以上が特開2005-149647号における前歴消去過程と書込過程である。 As an initialization method, in a method using an alternating electric field that gradually decreases and the maximum electric field is equal to or higher than the saturation electric field Em, a range of about −7 to +7 in FIG. 5 may be used as the range of the write electric field. it can. Further, the range in which the writing electric field E and the remanent polarization Pr have a substantially linear relationship is wide from -3 to +3, and the linearity is high, which is suitable for analog recording. Further, since the gradient of the relationship between the writing electric field and the recorded residual polarization is gentle, there is little need to control the electric field with high accuracy. The preceding history erasing process and writing process in JP-A-2005-149647 have been described above.

なお、特開2005-149647号に開示した方法で多段階記録を行う場合、時間的に連続する記録信号を用いる場合について述べているが、時間的に不連続なパルス状の記録信号も同様に用いることが可能であり、さらに本発明の方法および装置においても可能である。 Note that, when performing multi-stage recording by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-149647, the case of using a temporally continuous recording signal is described, but a temporally discontinuous pulsed recording signal is similarly described. It can be used and also in the method and apparatus of the present invention.

本発明における前歴消去過程と書込過程は以下のメカニズムによると推定している。これを図3に基づいて説明する。
図3(a)は、記録すべき信号による電界(信号電界)がゼロ、すなわち、図2のA点ように短時間平均電圧がゼロである部分における場合についてである。図3(a)において、記録電界は、強誘電体層が書込用電極の直下から相対的に移動して、書込用電極による電界がおよばない場所まで移動したときの、電界の経時変化の様子である。また、それに伴う強誘電体層の電気分極の経時変化の様子を示している。
It is presumed that the previous history erasing process and the writing process in the present invention are based on the following mechanism. This will be described with reference to FIG.
FIG. 3A shows the case where the electric field (signal electric field) due to the signal to be recorded is zero, that is, in a portion where the short-time average voltage is zero as shown by point A in FIG. In FIG. 3A, the recording electric field changes with time when the ferroelectric layer moves relatively from directly below the writing electrode to a place where the electric field by the writing electrode does not reach. It is a state of. In addition, the state of the change in electrical polarization of the ferroelectric layer with time is shown.

実際には、電界は経時的に変化するので、図3(a)図のように対称であるのはごく短時間であるが、書込用電極と強誘電体層の相対速度が速い場合には、信号電界がゼロであることに対応して、書込用電極による電界がおよばない場所に至るまで、強誘電体層に印加される電界は正負がほぼ対称である。最初に印加される電界が強誘電体層の飽和電界以上であれば、前歴がどのようなものであっても、すなわち残留分極の大きさがどのようなものであっても、飽和電界によってすべて消去される。そして、強誘電体層に誘起される電気分極は、経時的に減少する対称的なヒステリシス曲線の上を動き、残留分極は最終的にゼロになる。すなわち、図3(a)において、ゼロ分極が記録された信号となる。この場合、完全にゼロでなくても、ノイズとして許容される程度の残留分極であれば、強誘電体層に印加される電界は実質的にゼロであるとみなすことができる。 Actually, since the electric field changes with time, it is only a short time to be symmetric as shown in FIG. 3A, but when the relative velocity between the writing electrode and the ferroelectric layer is high. Corresponding to the fact that the signal electric field is zero, the electric field applied to the ferroelectric layer is almost symmetrical in the positive and negative directions up to a place where the electric field by the writing electrode does not reach. If the initial applied electric field is greater than or equal to the saturation electric field of the ferroelectric layer, whatever the previous history, that is, the magnitude of the remanent polarization, all depends on the saturation electric field. Erased. The electric polarization induced in the ferroelectric layer moves on a symmetrical hysteresis curve that decreases with time, and the residual polarization finally becomes zero. That is, in FIG. 3A, the signal is recorded with zero polarization. In this case, even if it is not completely zero, the electric field applied to the ferroelectric layer can be regarded as substantially zero as long as the residual polarization is acceptable as noise.

一方、図3(b)は、書込用信号電圧がVtであって、対応する書込用信号電界がEtである場合、すなわち図2のB点における場合についてである。この場合、強誘電体層に印加される電界はEtだけバイアスがかかったものとなる。最初に印加される電界が強誘電体層の飽和電界以上であると、前歴は完全に消去される。そして、書込用電極と強誘電体層の相対的位置が離れて、書込用電極の電界がおよばない場所に移動するまでに強誘電体層に誘起される電気分極は、経時的に減少するがバイアスがあるので図に示したような非対称なヒステリシス曲線の上を動き、最終的に残留分極Prが発生し、記録された信号となる。 On the other hand, FIG. 3B shows the case where the write signal voltage is Vt and the corresponding write signal electric field is Et, that is, the case at point B in FIG. In this case, the electric field applied to the ferroelectric layer is biased by Et. If the electric field initially applied is equal to or higher than the saturation electric field of the ferroelectric layer, the previous history is completely erased. Then, the electrical polarization induced in the ferroelectric layer decreases with time until the relative position of the writing electrode and the ferroelectric layer moves away and the electric field of the writing electrode does not reach. However, since there is a bias, it moves on an asymmetric hysteresis curve as shown in the figure, and finally a residual polarization Pr is generated, resulting in a recorded signal.

すなわち、記録すべき電気信号の最高の周波数より数倍高い周波数の交流と、記録すべき信号を重畳して、書込用電極で強誘電体層に印加するとき、電極直下で印加される電界の最小強度がその強誘電体層の飽和電界より大きく、かつ電極と記録された強誘電体層の部分が遠ざかって、実質的に印加される電界の強度がゼロと見なせる場所になるまでに、印加される交番電界の回数が数回以上である場合には、強誘電体層に記録される残留分極の大きさは、特願2003−38751の方法で記録した場合に強誘電体層に記録される残留分極とほぼ同じになる。 That is, when an alternating current having a frequency several times higher than the highest frequency of the electrical signal to be recorded is superimposed on the signal to be recorded and applied to the ferroelectric layer by the writing electrode, the electric field applied immediately below the electrode Until the minimum strength of the ferroelectric layer is greater than the saturation electric field of the ferroelectric layer and the electrode and the recorded portion of the ferroelectric layer are moved away to a place where the strength of the applied electric field can be regarded as substantially zero. When the number of applied alternating electric fields is several times or more, the magnitude of remanent polarization recorded in the ferroelectric layer is recorded in the ferroelectric layer when recorded by the method of Japanese Patent Application No. 2003-38751. The remanent polarization is almost the same.

入出力特性を良好にするためには、ここで重畳される交流の周波数は少なくとも記録すべき電気信号の最高の周波数の4倍は必要であり、好ましくは6〜7倍以上である。交流の周波数が高くなるにつれて入出力特性は良くなるが、その効果は頭打ちになり、10倍以上にする価値はほとんどない。また、電極による電界が実質的に零になるまでに交番される回数も少なくとも4回は必要であり、好ましくは6〜7回以上である。一方、10回以上にする価値はほとんどない。 In order to improve the input / output characteristics, the frequency of the alternating current superimposed here needs to be at least four times the highest frequency of the electrical signal to be recorded, and preferably 6 to 7 times or more. The input / output characteristics improve as the AC frequency increases, but the effect reaches its peak and is hardly worth 10 times or more. Further, the number of times of alternating until the electric field by the electrode becomes substantially zero is required at least 4 times, preferably 6 to 7 times or more. On the other hand, there is almost no value for 10 times or more.

しかし前に述べたように、分解能(記録密度)の点からは交流の周波数は高いほど好ましい。例えば音声の記録に使用した場合には、通常20kHz程度が最高周波数である。従って、重畳する交流の周波数は10倍でも200kHzであり、通常の信号回路で充分に対応することができる。ただし、強誘電体層の分極の最小サイズに基づく記録密度以上の記録密度は原理的に不可能である。 However, as described above, the higher the AC frequency, the better from the viewpoint of resolution (recording density). For example, when used for recording audio, the maximum frequency is usually about 20 kHz. Therefore, the frequency of the alternating current to be superimposed is 200 kHz even if it is 10 times, and it can be sufficiently handled by a normal signal circuit. However, a recording density higher than the recording density based on the minimum polarization size of the ferroelectric layer is impossible in principle.

請求項2において、パルス状の多段階信号を最高周波数fで近似した多段階振幅の電気信号とする方法としては、例えばバンドパスフィルタとして最高通過周波数fのものを使用して記録すべき信号の周波数域を制限する方法がある。また別の方法として記録すべきパルス状信号をトリガーとして周波数がfで振幅が記録すべきパルス状信号の振幅に比例し信号を発生させることもできる。そして重畳する交流の周波数を少なくともfの4倍以上にすることが、振幅に忠実な多段階記録を行うために必要であることは、請求項1に関して前記したのと同様である。 In claim 2, as a method for the multi-stage amplitude electrical signals that approximates the multi-stage signal pulsed at a maximum frequency f m is to be recorded using the highest passing frequency f m, for example, as a band-pass filter There is a method for limiting the frequency range of a signal. As another method, a pulsed signal to be recorded can be used as a trigger to generate a signal in proportion to the amplitude of the pulsed signal whose frequency is f and whose amplitude is to be recorded. And that more than four times the least f m the frequency of the alternating current to be superposed, it is necessary to perform faithful multistage recording the amplitude is the same as described above with respect to claim 1.

実際の構造について、図11に示した実施例1に記載の構造概略図によって説明する。図11において、書込用電極112の先端と強誘電体記録(用)ディスクの記録面との間隔は、電界強度に影響するので、書き込み時にはできるだけ一定値になるように制御されている。その高さ方向の位置の制御機構は、図を見やすくするため図示していないが、読取用ヘッド部に図示している制御機構と同じ機構を使用している。また、記録位置は片持ちレバー113が取り付けられている支柱部を水平方向へ移動する機構によって調整している。そのための機構としては、例えば図に示した片持ちレバーが取り付けられた台を水平方向に移動する方法や、片持ちレバーをディスクの半径方向に移動する機構と、片持ちレバーを取り付けた台を回転させる機構を組み合わせる方法がある。その他、CDやDVDの記録用ディスク装置に使用されている位置制御機構、トラッキング機構を使用することができる。 The actual structure will be described with reference to the structural schematic diagram described in the first embodiment shown in FIG. In FIG. 11, the distance between the tip of the write electrode 112 and the recording surface of the ferroelectric recording (use) disk affects the electric field strength, and is therefore controlled to be as constant as possible during writing. The control mechanism for the position in the height direction is not shown in order to make the drawing easy to see, but the same mechanism as the control mechanism shown in the reading head unit is used. In addition, the recording position is adjusted by a mechanism that moves the column portion to which the cantilever lever 113 is attached in the horizontal direction. As a mechanism for that purpose, for example, a method of moving the table with the cantilever lever shown in the figure in the horizontal direction, a mechanism of moving the cantilever lever in the radial direction of the disk, and a table with the cantilever lever attached are shown. There is a method of combining rotating mechanisms. In addition, a position control mechanism and a tracking mechanism used in a CD or DVD recording disk device can be used.

一方、読取用電極116は、図11において、読取用ヘッド部の片持ちレバーの先端に近い部分に取り付けられている。強誘電体層の残留分極を読み取る方法として、読取用電極が直下の強誘電体層の残留分極と電気的な引力や斥力を及ぼし合うものの場合には、読取用電極の高さを検知する方法を使用する。実際には例えば、高さ方向は、光の反射角度を検出する読取用電極位置検出機構によって測定され、読取位置制御機構(読取電極位置制御装置と読取電極高さ制御装置118)によって、できるだけ電極とディスクの間のギャップが一定になるようにフィードバック機構を使用して、位置制御装置部に設けた、例えば静電気力や磁気力を使用した位置制御装置を使用して、調整する。読取方法としては、例えば、図示してあるように読取電極とディスク上の記録信号、すなわち電気分極の間に働く静電力を位置制御装置に印加する制御信号の強さと読取電極の高さ方向の位置の値から求める方法がある。 On the other hand, the reading electrode 116 is attached to a portion near the tip of the cantilever lever of the reading head portion in FIG. As a method of reading the remanent polarization of the ferroelectric layer, when the reading electrode exerts an electric attractive force or repulsive force with the remanent polarization of the ferroelectric layer immediately below, a method of detecting the height of the reading electrode Is used. Actually, for example, the height direction is measured by a reading electrode position detection mechanism that detects the reflection angle of light, and the reading position control mechanism (reading electrode position control device and reading electrode height control device 118) For example, a position control device using an electrostatic force or a magnetic force provided in the position control device unit is adjusted using a feedback mechanism so that the gap between the disk and the disk becomes constant. As the reading method, for example, as shown in the drawing, the recording signal on the reading electrode and the disk, that is, the strength of the control signal for applying an electrostatic force acting between the electric polarization to the position control device and the height direction of the reading electrode. There is a method of obtaining from the position value.

また、読取用電極116として、電界の強度によって例えば抵抗値が変化する材料を使用して、抵抗値の変化として記録されている信号を読み取る方法がある。この場合も、電極に静電誘導による分極が発生して、電極の高さ方向が変化する場合には、高さの位置検出装置からの情報によって、読み取った記録信号を補正する。 Further, as the reading electrode 116, there is a method of reading a signal recorded as a change in resistance value by using, for example, a material whose resistance value changes depending on the intensity of an electric field. Also in this case, when polarization due to electrostatic induction occurs in the electrode and the height direction of the electrode changes, the read recording signal is corrected based on the information from the height position detection device.

読み取る場合には、記録されている位置へ読取用電極を移動する必要があるが、その機構は書込用電極に使用している機構と同じである。 In the case of reading, it is necessary to move the reading electrode to the recorded position, but the mechanism is the same as that used for the writing electrode.

図12は一個のヘッドで、書込と読取を行う装置の構成を示している。記録すべきデータは図11の場合と同様に書き込み用信号発生器によって、少なくとも4倍の周波数の信号と混合され、重畳された信号となり、書き込み電極とディスクのアース側に接続され、書き込み電極の先端とディスク面で形成される電界によって、強誘電体層に記録される。読取用には、図11と同様に静電力を利用する方法や、電界の強度によって電気抵抗が変化する材料を電極に使用する方法がある。装置構成としては、図11の装置より簡易であるが、電極材として、書き込みに適し、かつ読取用に適した材料を選定する必要がある。また、記録した信号を読み取る場合には、記録直後に読み取りたいとしても、少なくとも一回転後になる。 FIG. 12 shows the configuration of an apparatus for writing and reading with a single head. As in the case of FIG. 11, the data to be recorded is mixed with a signal having a frequency of at least four times by the signal generator for writing to become a superimposed signal, which is connected to the write electrode and the ground side of the disk. Recording is performed on the ferroelectric layer by an electric field formed by the tip and the disk surface. For reading, there are a method of using an electrostatic force as in FIG. 11 and a method of using a material whose electric resistance varies depending on the strength of an electric field for an electrode. The apparatus configuration is simpler than the apparatus shown in FIG. 11, but it is necessary to select a material suitable for writing and suitable for reading as the electrode material. Further, when reading a recorded signal, even if it is desired to read it immediately after recording, it will be at least after one revolution.

図11は本発明の記録装置の実施例であり、用途は音声の記録再生用である。ディスクの基板上に形成されている強誘電体層に請求項1に記載の方法で音声のアナログ記録を行うことができる機能を有することを特徴とするディスクドライブ記録装置である。特願平2000−387571の図11に記載したものを基本とし、書込用ヘッド部と読取用ヘッド部を有していて、書き込みながら、読み取ることが可能である。読取用電極を含む読取用ヘッド部の構造は特願2000−387571に記載したものと同じものを使用している。 FIG. 11 shows an embodiment of the recording apparatus of the present invention, which is used for recording and reproducing audio. A disk drive recording apparatus comprising a ferroelectric layer formed on a disk substrate having a function capable of performing analog recording of sound by the method according to claim 1. The one described in FIG. 11 of Japanese Patent Application No. 2000-387571 is basically used, and has a writing head portion and a reading head portion, and can be read while writing. The structure of the reading head unit including the reading electrode is the same as that described in Japanese Patent Application No. 2000-387571.

以下図11に基づいて説明する。記録すべき対象の音声信号は周波数20Hz〜20kHzの帯域を設定している。音声信号は書込用信号発生器で、200kHzの交流と重畳され、出力される。出力信号は、一方はアース側として、強誘電体記録ディスクの裏面に接続され、もう一方は書込用ヘッド部の片持ちレバー112の先端に取り付けた書込用電極に接続されている。出力信号の強度は、記録すべき信号がないばあい、すなわち零の場合に、書込用電極の先端とその直下のディスクのアース面とが形成する電界の最大値が、強誘電体層の飽和電界の1.2倍となるように調整されている。 This will be described below with reference to FIG. The audio signal to be recorded has a frequency band of 20 Hz to 20 kHz. The audio signal is written by a writing signal generator and superimposed with 200 kHz alternating current. One of the output signals is connected to the back surface of the ferroelectric recording disk, one being the ground side, and the other is connected to the writing electrode attached to the tip of the cantilever 112 of the writing head. When there is no signal to be recorded, that is, when the output signal intensity is zero, the maximum value of the electric field formed by the tip of the writing electrode and the ground plane of the disk immediately below it is the value of the ferroelectric layer. It is adjusted to be 1.2 times the saturation electric field.

強誘電体ディスク110は、ディスク状(直径120mm、厚さ1.0mm)のガラス基板の上に裏面電極としてITO(膜厚0.2μm)をスパッタ法で成膜し、その上に強誘電体層として、ジルコン酸チタン酸鉛(膜厚100nm)をスパッタ法で成膜したものである。なおガラス基板の中心部には回転駆動用の穴が開けてあって、さらにITO電極と導電性の回転駆動軸の間は電気的接続可能な構造となっている。
強誘電体ディスク110は回転機構114によって1800rpmで回転している。
The ferroelectric disk 110 is formed by depositing ITO (film thickness 0.2 μm) as a back electrode on a disk-shaped (diameter 120 mm, thickness 1.0 mm) glass substrate by a sputtering method, and a ferroelectric substance thereon. As a layer, lead zirconate titanate (film thickness: 100 nm) is formed by sputtering. A rotation driving hole is formed at the center of the glass substrate, and the ITO electrode and the conductive rotation driving shaft can be electrically connected.
The ferroelectric disk 110 is rotated at 1800 rpm by a rotating mechanism 114.

書込用電極112、読取用電極116はいずれも白金線で、先端を電解研磨法で曲率半径200nmに研磨したものを用いた。書込用電極112と読取用電極116はいずれも片持ちレバー113の先端部付近に取り付けられている。片持ちレバー113の支持部はXY移動機構に取り付けられていて、電極部を必要な場所に移動することができる。図示してないが、片持ちレバーは磁気ディスク装置で使用される空気浮上法で強誘電体層と一定の間隔を保つようにしている。 Each of the writing electrode 112 and the reading electrode 116 was a platinum wire, and the tip was polished to a radius of curvature of 200 nm by an electrolytic polishing method. The writing electrode 112 and the reading electrode 116 are both attached near the tip of the cantilever lever 113. The support portion of the cantilever lever 113 is attached to the XY moving mechanism, and the electrode portion can be moved to a necessary place. Although not shown, the cantilever lever is kept at a certain distance from the ferroelectric layer by the air levitation method used in the magnetic disk device.

読取用電極116には読取電極位置制御装置より一定の電位が印加されていて、強誘電体層に記録された残留分極との間に電気的引力や斥力が働く。そのため読取用電極116が含まれるセンサー部は、上下方向に動く。背面の反射面にはレーザ光115が照射され、反射光は光センサー117で検出されて、信号が位置検出センサーに入り、読取用電極116の上下方向の位置が検出される。検出された信号はフィードバック信号として位置制御電源部に入れ、読取用センサー部が一定位置を維持し、上下に動かないように位置制御装置118にて制御する。また、その制御信号の大きさを残留分極の大きさ、すなわち記録されていた信号の大きさとして取り出す。 A constant potential is applied to the reading electrode 116 from the reading electrode position controller, and an electric attractive force or repulsive force acts between the reading electrode 116 and the remanent polarization recorded in the ferroelectric layer. Therefore, the sensor unit including the reading electrode 116 moves in the vertical direction. The back reflecting surface is irradiated with the laser beam 115, the reflected light is detected by the optical sensor 117, a signal enters the position detection sensor, and the vertical position of the reading electrode 116 is detected. The detected signal is input as a feedback signal to the position control power supply unit, and is controlled by the position control device 118 so that the reading sensor unit maintains a fixed position and does not move up and down. Further, the magnitude of the control signal is taken out as the magnitude of the remanent polarization, that is, the magnitude of the recorded signal.

なお、読取用電極116の電界によって記録されていた残留分極の大きさが変化してしまう場合には、読取り後に書込用電極によって書き直す。読取用電極の電位を0に保持すればこの必要はない。 Note that, when the magnitude of the remanent polarization recorded by the electric field of the reading electrode 116 changes, the writing electrode is rewritten after reading. This is not necessary if the potential of the reading electrode is kept at 0.

本発明の装置でパルス信号を記録した場合、強誘電体層の分極域0.2mm、ビット周期0.4mm、記録密度400Mb/cmを達成することができる。なお、パルス信号の場合には記録すべき信号を書込用信号発生器の処理上限の周波数20kHzの信号であると見なして記録する。また、音声信号を記録、再生した場合、信号をデジタル化し、間引いたり、補間したりする必要がないので、高忠実な再生音を得ることができる。 When a pulse signal is recorded by the apparatus of the present invention, it is possible to achieve a ferroelectric layer polarization region of 0.2 mm, a bit period of 0.4 mm, and a recording density of 400 Mb / cm 2 . In the case of a pulse signal, the signal to be recorded is recorded as a signal having a frequency of 20 kHz that is the upper limit of processing of the signal generator for writing. Further, when an audio signal is recorded and reproduced, it is not necessary to digitize the signal to be thinned out or interpolated, so that a highly faithful reproduced sound can be obtained.

実施例1の装置において、書込用電極と読取用電極を共用するようにした。図12に構造の概略図を示す。書込・読取兼用ヘッド部には実施例1の読取用ヘッド部を用いた。強誘電体層の前歴を消去しながら書き込むことができる。ただし、電極への接続は、書込時と読取時で切り替える。従って、書き込みながら読み取ることはできない。 In the apparatus of Example 1, the writing electrode and the reading electrode are shared. FIG. 12 shows a schematic diagram of the structure. The read / write head portion of Example 1 was used as the writing / reading head portion. Writing can be performed while erasing the previous history of the ferroelectric layer. However, the connection to the electrode is switched between writing and reading. Therefore, it cannot be read while writing.

書き込み時に書き込み電界によって強誘電体層と書込・読取兼用電極121の間隔が変動することを、位置制御装置118によって抑制することができる。 The position control device 118 can suppress a change in the distance between the ferroelectric layer and the writing / reading electrode 121 due to a writing electric field during writing.

図13に特開2005-149647に開示した電極を一個にした場合の装置の概略を示す。まず消去用信号発生器の信号を電極に接続し、書き込みたい場所の強誘電体層の前歴を消去する。その後、電極への接続を書込用信号発生器に切り替えて、書き込むので、図12の装置と比較して書き込みに時間がかかる。 FIG. 13 shows an outline of an apparatus in which one electrode disclosed in JP-A-2005-149647 is used. First, the signal of the erasing signal generator is connected to the electrode to erase the previous history of the ferroelectric layer at the place where writing is desired. Thereafter, since the connection to the electrode is switched to the signal generator for writing and writing is performed, it takes time to write as compared with the apparatus of FIG.

本発明に係る強誘電体層への記録方法に用いる装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the apparatus used for the recording method to the ferroelectric layer based on this invention. 書込用信号発生器で発生させる書込用信号の電圧波形の例である。It is an example of a voltage waveform of a write signal generated by a write signal generator. 本発明に係わる強誘電体層への書込過程の説明図である。It is explanatory drawing of the write-in process to the ferroelectric layer concerning this invention. 分解能の説明のための、書込用電界と強誘電体層の分極の様子の説明図である。It is explanatory drawing of the mode of polarization of the electric field for writing, and a ferroelectric layer for description of resolution | decomposability. 減衰交番電界を印加する方法による初期化方法で前歴を消去した時の書込電界と残留分極の関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the write electric field when a previous history is erase | eliminated by the initialization method by the method of applying a decaying alternating electric field, and remanent polarization. 前歴消去用の交番電界の例を示す説明図で、(a)は交番する複数のパルス、(b)連続的に交番するパルス、(c)交流である。It is explanatory drawing which shows the example of the alternating electric field for previous history erasure | elimination, (a) is a several pulse to alternate, (b) The pulse to which it alternates continuously, (c) Alternating current. 一定強度の交番電界または交流電界を前歴消去用電極で印加した場合に、移動する強誘電体層の1点に印加される電界強度が最大値に達した後の時間変化を示すグラフ図である。FIG. 5 is a graph showing a change over time after the electric field strength applied to one point of a moving ferroelectric layer reaches a maximum value when an alternating electric field or an alternating electric field having a constant intensity is applied by a previous history erasing electrode; . 図7の電界を印加された場合の強誘電体層内の分極の履歴である。8 is a history of polarization in the ferroelectric layer when the electric field of FIG. 7 is applied. 減衰交番電界を印加する方法による初期化方法で前歴を消去した強誘電体層への理想的な書込電界と残留分極の関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the ideal write electric field to the ferroelectric layer which erased the previous history by the initialization method by the method of applying a decaying alternating electric field, and remanent polarization. 時間(t)的、空間(T)的に離散したアナログ信号とその記録例を示すグラフ図である。It is a graph which shows the analog signal discrete in time (t) and space (T), and its recording example. 実施例1の強誘電体層への記録装置の構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of a recording device for a ferroelectric layer according to Example 1. FIG. 実施例2の強誘電体層への記録装置の構成概略図である。6 is a schematic configuration diagram of a recording device for a ferroelectric layer according to Embodiment 2. FIG. 従来技術における電極が1個の構成の強誘電体層への記録装置の構成概略図である。It is the structure schematic of the recording apparatus to the ferroelectric layer of the structure of one electrode in a prior art. 強誘電体のヒステリシスの例を示すグラフ図である。It is a graph which shows the example of the hysteresis of a ferroelectric substance. 強誘電体膜を使用した従来の記録装置の例を示す概念図(a)と、機能構成図(b)である。2A is a conceptual diagram illustrating an example of a conventional recording apparatus using a ferroelectric film, and FIG. 強誘電体膜へのアナログ記録を行う従来方法の例を示す電気信号と強誘電体層の分極の状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state of the electric signal and the polarization of a ferroelectric layer which show the example of the conventional method which performs analog recording to a ferroelectric film.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・基板
11・・・表面電極
12・・・強誘電体層
13・・・書込信号発生器
14・・・書込用ヘッド
15・・・書込用針状電極
16・・・読取用ヘッド
17・・・読取用針状電極
18・・・読取信号
110・・・強誘電体記録ディスク
112・・・書込用電極
113・・・片持ちレバー
114・・・回転機構
115・・・レーザ光
116・・・読取用電極
117・・・光センサー
118・・・電極高さ制御装置
119・・・読み出した信号
131・・・書込用兼読取用(兼消去用)電極
200・・・ディスク
210・・・強誘電体層
211・・・書込用電極
212・・・片持ちレバー
221・・・書込信号発生回路
241・・・回転軸
242・・・モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 11 ... Surface electrode 12 ... Ferroelectric layer 13 ... Write signal generator 14 ... Writing head 15 ... Writing needle electrode 16 ... Reading head 17 ... reading needle electrode 18 ... reading signal 110 ... ferroelectric recording disk 112 ... writing electrode 113 ... cantilever lever 114 ... rotating mechanism 115 ..Laser beam 116... Reading electrode 117... Optical sensor 118... Electrode height control device 119... Read signal 131 .. writing and reading (and erasing) electrode 200 ... disk 210 ... ferroelectric layer 211 ... writing electrode 212 ... cantilever 221 ... write signal generation circuit 241 ... rotating shaft 242 ... motor

Claims (5)

強誘電体層が書込手段と相対的に移動している状態で、強誘電体層に書込手段による電界を印加して、アナログ記録を行うにあたり、書込手段が電界を強誘電体層へ印加して記録する方法であって、
強誘電体層に印加される電界が、記録すべきアナログ電気信号が包括線として記録されるように交流電気信号を重畳した電気信号を書込手段によって印加される電界であり、
該電界が強誘電体層と書込手段の相対的位置の変化によって、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界から正負が交番しながら減衰することによって強誘電体層の前歴を消去しながら書き込むことを特徴とする強誘電体層へのアナログ記録方法。
When analog recording is performed by applying an electric field by the writing means to the ferroelectric layer while the ferroelectric layer is moving relative to the writing means, the writing means applies the electric field to the ferroelectric layer. A method of recording by applying to
The electric field applied to the ferroelectric layer is an electric field applied by the writing means with an electric signal superimposed with an AC electric signal so that the analog electric signal to be recorded is recorded as a comprehensive line ,
The previous history of the ferroelectric layer is erased by alternating the positive and negative electric fields from the electric field having a strength equal to or higher than the saturation electric field of the ferroelectric layer due to a change in the relative position of the ferroelectric layer and the writing means. An analog recording method for a ferroelectric layer, wherein writing is performed while writing.
強誘電体層が書込手段と相対的に移動している状態で、強誘電体層に書込手段による電界を印加して、多段階記録を行うにあたり、書込手段が電界を強誘電体層へ印加して記録する方法であって、
強誘電体層に印加される電界が、記録すべきパルス状の多段階電気信号を最高周波数fmで近似した多段階振幅の電気信号とし、該電気信号が包括線として記録されるように交流電気信号を重畳した電気信号を書込手段によって印加される電界であり、
該電界が強誘電体層と書込手段の相対的位置の変化よって、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界から正負が交番しながら減衰することによって強誘電体層の前歴を消去しながら書き込むことを特徴とする強誘電体層への多段階記録方法。
When the ferroelectric layer is moved relative to the writing means, an electric field by the writing means is applied to the ferroelectric layer to perform multi-step recording. A method of recording by applying to a layer,
The electric field applied to the ferroelectric layer is a multistage amplitude electrical signal that approximates the pulsed multistage electrical signal to be recorded at the maximum frequency fm, and the alternating current is recorded so that the electrical signal is recorded as a comprehensive line. the electrical signal superposed signals is a field applied by the writing means,
Due to the change in the relative position of the ferroelectric layer and the writing means, the previous history of the ferroelectric layer is erased by attenuating the electric field at least greater than the saturation electric field of the ferroelectric layer while alternating between positive and negative. A multi-step recording method for a ferroelectric layer, wherein writing is performed while writing.
請求項1あるいは2に記載の強誘電体層への記録方法で記録する装置であって、書込手段である書込用電極と読取手段である読取用電極を有することを特徴とする強誘電体層への記録装置 3. A ferroelectric recording apparatus according to claim 1, wherein said ferroelectric layer has a writing electrode as a writing means and a reading electrode as a reading means. Recording device for body layer 書込用電極が読取用電極を兼ねていることを特徴とする請求項3に記載の強誘電体層への記録装置。 4. The recording device for a ferroelectric layer according to claim 3, wherein the writing electrode also serves as the reading electrode. 記録装置がディスクドライブ方式でディスクの基板上に形成されている強誘電体層にアナログ記録または多段階記録するための記録装置であることを特徴とする請求項3あるいは4に記載の強誘電体層への記録装置。 5. The ferroelectric material according to claim 3, wherein the recording device is a recording device for performing analog recording or multistage recording on a ferroelectric layer formed on a substrate of a disk by a disk drive system. Recording device to layer.
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