JPH09198729A

JPH09198729A - 記録媒体およびその製造方法ならびに情報処理装置

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Publication number: JPH09198729A
Application number: JP8245642A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Yano; 義彦矢野; Katsuto Nagano; 克人長野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2016-08-28
Also published as: JP3286181B2

Abstract

(57)【要約】【課題】 AFM やSTM の構成を利用し、かつ強誘電体の
分極反転を利用して情報の記録再生を行う記録媒体およ
びこの記録媒体を有する情報処理装置において、ノイズ
を減少させ、また、繰り返しのデータ書き換えに耐える
高信頼性を実現する。【解決手段】基板上に、結晶軸が単一配向した強誘電
体層を設け、この強誘電体層の表面の少なくとも８０％
の領域において、基準長さ５００nmでの十点平均粗さＲ
ｚが２nm以下となるようにする。強誘電体層表面には、
保護層や潤滑層を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の
高密度および大容量記録装置用に好適である記録媒体お
よびその製造方法と、それを用いた情報処理装置とに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、一般にマルチメディア社会の到来
といわれ、パソコンを中心として、ネットワークシステ
ム、通信システム、ビデオシステム、オーディオシステ
ム等が相互に結合して情報処理を行う実用的方法が開発
されてきている。これらのシステムの中で、情報記録媒
体、すなわちメモリ素子の特性向上の果たす役割は極め
て大きく、その要求特性には限りがない。一般には、高
密度記録が可能なこと、記録容量が大きいこと、応答速
度が速いこと、エラーレートが小さいこと、消費電力が
少ないこと、価格が安いこと、等が要求されている。

【０００３】メモリ素子には、DRAM、SRAM、EEPROMなど
の半導体メモリや、磁気ディスク、光磁気ディスク、光
ディスク等の回転メモリなどが主として用いられてい
る。特に最近では、レーザー技術の進歩により、有機薄
膜を用いた安価で記録密度の高い記録媒体が商品化され
ている。

【０００４】一方、1982年には、原子一つ一つを観察で
きる走査型トンネル顕微鏡（STM)が開発され、さらに、
この装置原理を応用して原子間力顕微鏡(AFM) が登場
し、これらによって様々な材料の原子レベルでの凹凸情
報を得ることが可能になった。また、観察手段としてば
かりでなく、STM およびAFM の広範囲な応用が期待され
ている。例えば、特開昭63-161552 号公報には、STM を
メモリに応用することが述べられている。

【０００５】また、STM およびAFM に類似した走査型容
量顕微鏡(SCaM)がJ. Appl. Phys. 57, 1437(1985) に報
告されている。SCaMもプローブを用いた走査型の顕微鏡
であり、プローブで測定試料表面の局所的容量変化を検
出し、画像化するものである。この報告では、円盤状の
媒体を回転させ、これにSCaMプローブで記録再生を行う
メモリへの応用についても述べられている。

【０００６】J. Appl. Phys., 70, 2725(1991)に記載の
報告では、AFM をメモリ素子に応用する方法が述べられ
ている。この方法は、AFM とSCaMとを組み合わせたもの
であり、導電性のAFM プローブを用いて記録再生を行
う。記録媒体には、ＭＮＯＳ（金属−窒化物−酸化物−
半導体）構造のものを用いる。情報の書き込みに際して
は、AFM プローブにより媒体にパルス電圧を印加し、電
荷を捕獲させる。これによりSi半導体基板には空乏層が
形成されてプローブ領域の容量が変化するので、情報記
録が可能となる。記録情報の読み出しの際には、適当な
高周波バイアス電圧を記録媒体とプローブとの間に印加
しながらプローブを走査させる。電荷捕獲されている領
域と捕獲されていない領域とではプローブと媒体との間
の容量が異なるため、プローブ走査に伴なう容量変化を
検出することにより、記録情報の読み出しが可能とな
る。記録情報を消去する場合には、記録時と逆特性のパ
ルス電圧等を印加するなどすればよい。

【０００７】また、この方法に類似した方法で、記録媒
体に強誘電体を用いる方法が、特開昭63-193349 号公報
に述べられている。強誘電体は、あるしきい値電圧で分
極が反転する材料である。強誘電体を用いる場合、AFM
プローブなどにより強誘電体にパルス電圧を印加し、プ
ローブされた領域だけ分極を一方向に揃える、あるいは
分極を反転させることにより、情報の書き込みを行う。
情報の読み出しには、強誘電体の圧電効果、焦電効果、
電気光学効果、分極反転時の電流検出などが利用可能で
ある。圧電効果を利用する場合、例えば以下の方法を用
いる。適当な高周波バイアス電圧を記録媒体とプローブ
との間に印加しながら、プローブを走査させる。このと
き、強誘電体の圧電効果により記録媒体表面が変形す
る。強誘電体は分極状態の違いにより圧電効果が異なる
ため、記録媒体表面には記録情報に応じた変形が現わ
れ、この変形をプローブで検知することにより、情報の
読み出しが可能となる。記録情報を消去する場合は、記
録時とは逆特性のパルス電圧を印加して分極を反転させ
るなどすればよい。

【０００８】また、強誘電体薄膜が半導体Siからなる基
板上に形成されていれば、AFM とSCaMとを組み合わせる
上記方法により記録再生を行うことができる。この場
合、強誘電体層の分極反転による電荷の捕獲、放出現象
を利用し、空乏層を形成する。この方法では、強誘電体
を利用するため、書き込み電圧は強誘電体の分極反転が
可能な程度の低電圧でよく、また、強誘電体の分極反転
速度は高速であるため、書き込み速度が速くなる。

【０００９】AFM またはSTM は、原子レベルの分解能を
有する。また、強誘電体は分極反転速度が100ns 以下と
高速であり、かつ記録ビットを10nmφ以下の寸法で形成
することが可能であるため、記録ビットを例えば10nm×
10nmの領域で形成すれば、１０⁶ M ビット/cm²程度の高
密度メモリが実現できる。

【００１０】上記のような、AFM またはSTM メモリー用
の強誘電体媒体としては、導電体層を形成した基板上
に、多結晶の強誘電体薄膜を形成したものが用いられて
きた。多結晶強誘電体薄膜による媒体においては、強誘
電体薄膜の結晶粒界、表面の凹凸がノイズとなる。

【００１１】AFM またはSTM メモリーにおけるプロー
ブ、媒体間の距離はナノメーターオーダーであるから、
そのメモリー媒体にもナノメーターオーダーでの均一な
表面が要求される。表面凹凸、結晶性、表面にトラップ
される電荷など均一性が重要である。なぜなら、書き込
み、読み出しの際に、トンネル電流、あるいは原子間力
が一定になるように、プローブに接続されたアクチュエ
ーターに電圧を印加するサーボ方式を用いるため、媒体
の表面凹凸、結晶性、表面にトラップされる電荷などの
均一性が悪いと正常なビットを読み出せない。あるいは
高速動作が行えない。また、SCaMメモリーは、プローブ
で局所的容量を検出するため、表面凹凸、結晶性、表面
にトラップされる電荷などが直接記録ビット信号に混入
する。従来、強誘電体薄膜を用いた媒体では、表面均一
性が不十分であり、ナノメーターオーダーで均一な表面
を有する媒体は利用されていなかった。さらに、従来の
媒体では、強誘電体薄膜の表面が露出しているため、ダ
メージを受けやすかった。また、電荷が強誘電体薄膜の
一部に局在化してノイズとなる問題も明らかになってき
た。局在電荷は、強誘電体の焦電効果や結晶欠陥により
誘起されると考えられ、ノイズとなるだけでなく、プロ
ーブ最先端の破壊を招く。

【００１２】したがって、ノイズが無くしかも繰り返し
のデータ書き換えに耐える高信頼性のメモリ媒体を得る
ためには、１）表面平坦性の高い媒体、２）結晶性の均
一な媒体、３）表面のダメージを受けない媒体、４）電
気的欠陥がない、特に電荷が局在化しない媒体が必要で
ある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、AFM
やSTM の構成を利用し、かつ強誘電体の分極反転を利用
して情報の記録再生を行う記録媒体およびこの記録媒体
を有する情報処理装置において、ノイズを減少させ、ま
た、繰り返しのデータ書き換えに耐える高信頼性を実現
することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（３１）の本発明により達成される。（１）強誘電体の分極反転を利用して情報を記録する記
録媒体であって、基板上に、結晶軸が単一配向した強誘
電体層を有し、この強誘電体層の表面の少なくとも８０
％が、基準長さ５００nmでの十点平均粗さＲｚが２nm以
下である記録媒体。（２）前記基板がＳｉ（１１１）面またはＳｉ（１０
０）面を表面に有するＳｉ単結晶である上記（１）の記
録媒体。（３）前記基板がＳｉ（１００）面を表面に有するＳｉ
単結晶から構成され、前記強誘電体層が、ペロブスカイ
ト型材料から構成される（００１）単一配向膜である
か、タングステンブロンズ型材料から構成される（００
１）単一配向膜であるか、希土類元素（ＳｃおよびＹを
含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶ＹＭｎＯ₃ 結晶構造
をもつ酸化物材料から構成される（０００１）単一配向
膜である上記（２）の記録媒体。（４）前記基板がＳｉ（１１１）面を表面に有するＳｉ
単結晶から構成され、前記強誘電体層が、希土類元素
（ＳｃおよびＹを含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶Ｙ
ＭｎＯ₃ 結晶構造をもつ酸化物材料から構成される（０
００１）単一配向膜である上記（２）の記録媒体。（５）前記強誘電体層がエピタキシャル膜である上記
（３）または（４）の記録媒体。（６）前記強誘電体層と前記基板との間に、単一配向の
酸化物中間層を有し、この酸化物中間層が、酸化ジルコ
ニウム系層および／または希土類酸化物系層を含み、前
記酸化ジルコニウム系層が、酸化ジルコニウムまたは希
土類元素（ＳｃおよびＹを含む）により安定化された酸
化ジルコニウムから構成されるものであり、前記希土類
酸化物系層が、希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）酸化
物から構成されるものである上記（２）〜（５）のいず
れかの記録媒体。（７）前記基板がＳｉ（１００）面を表面に有し、前記
酸化物中間層が正方晶または単斜晶（００１）単一配向
膜または立方晶（１００）単一配向膜である酸化ジルコ
ニウム系層を含むか、前記酸化物中間層が（１１１）単
一配向膜である希土類酸化物系層を含む上記（６）の記
録媒体。（８）前記基板がＳｉ（１１１）面を表面に有し、前記
酸化物中間層が（１１１）単一配向である酸化ジルコニ
ウム系層を含むか、前記酸化物中間層が（１１１）単一
配向である希土類酸化物系層を含む上記（６）の記録媒
体。（９）前記基板と前記強誘電体層との間または前記基板
と前記酸化物中間層との間に、結晶軸が単一配向した電
極層を有する上記（１）〜（８）のいずれかの記録媒
体。（１０）前記強誘電体層が、ペロブスカイト型材料から
構成される（００１）単一配向膜であるか、タングステ
ンブロンズ型材料から構成される（００１）単一配向膜
であり、前記電極層が正方晶（００１）単一配向膜であ
るか、立方晶（１００）単一配向膜である上記（９）の
記録媒体。（１１）前記強誘電体層が、希土類元素（ＳｃおよびＹ
を含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶ＹＭｎＯ₃ 結晶構
造をもつ酸化物材料から構成される（０００１）単一配
向膜であり、前記電極層が（１１１）単一配向膜である
上記（９）の記録媒体。（１２）前記電極層が金属または導電性酸化物から構成
される上記（９）〜（１１）のいずれかの記録媒体。（１３）前記金属が、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｐｄ，
ＲｈおよびＲｕの１種以上を含み、前記導電性酸化物
が、Ｉｎを含む酸化物またはペロブスカイト酸化物であ
る上記（１２）の記録媒体。（１４）前記基板が導電性である上記（１）〜（８）の
いずれかの記録媒体。（１５）前記基板が半導体であり、強誘電体層の分極反
転に伴い、基板に空乏層が形成される上記（１）〜
（８）のいずれかの記録媒体。（１６）強誘電体の分極反転を利用して情報を記録する
記録媒体であって、基板上に強誘電体層を有し、この強
誘電体層表面に導電処理が施された記録媒体。（１７）強誘電体の分極反転を利用して情報を記録する
記録媒体であって、基板上に強誘電体層を有し、この強
誘電体層上に保護層を有する記録媒体。（１８）前記保護層の比抵抗が１０〜１０⁷ Ωcmである
上記（１７）の記録媒体。（１９）前記保護層がアモルファスである上記（１７）
または（１８）の記録媒体。（２０）上記（１）〜（１５）のいずれかの構成を有す
る上記（１６）〜（１９）のいずれかの記録媒体。（２１）基板上に強誘電体層を有し、強誘電体の分極反
転を利用して情報を記録する記録媒体であって、前記強
誘電体層側の表面に潤滑性物質から構成される潤滑層を
有するか、前記強誘電体層側の表面に潤滑処理が施され
ている記録媒体。（２２）前記潤滑性物質が固体潤滑材である上記（２
１）の記録媒体。（２３）前記潤滑性物質が液体潤滑材である上記（２
１）の記録媒体。（２４）前記潤滑性物質が気体潤滑材である上記（２
１）の記録媒体。（２５）上記（１）〜（２０）のいずれかの構成を有す
る上記（２１）〜（２４）のいずれかの記録媒体。（２６）前記強誘電体層の厚さが５〜７０nmである上記
（１）〜（２５）のいずれかの記録媒体。（２７）上記（１）〜（２６）のいずれかの記録媒体を
製造する方法であって、前記強誘電体層に３００〜６０
０℃でアニールを施す工程を有する記録媒体の製造方
法。（２８）上記（１）〜（２６）のいずれかの記録媒体を
製造する方法であって、前記強誘電体層表面を機械的お
よび／または化学的に研磨する工程を有する記録媒体の
製造方法。（２９）前記強誘電体層を研磨した後、３００〜８５０
℃でアニールを施す工程を有する上記（２８）の記録媒
体の製造方法。（３０）上記（１）〜（２６）のいずれかの記録媒体を
有する情報処理装置。（３１）記録媒体に対し書き込みおよび読み出しを行う
ためのブローブが浮上スライダーに搭載されている上記
（３０）の情報処理装置。

【００１５】

【作用】本発明の記録媒体は、強誘電体層の結晶軸が単
一配向しており、かつその表面の凹凸が分子レベルで平
坦である。このように、原子間力顕微鏡(AFM) または走
査型トンネル顕微鏡(STM) の構成を利用した記録媒体で
必要とされる極めて高い平滑度を有し、かつ結晶性も均
一である強誘電体層を有するため、記録ビットを形成し
た場合にノイズが少なく高速動作が可能となる。また、
Siの単結晶基板を用いると安価に高結晶性の強誘電体層
が得られる。

【００１６】本発明は、特にエピタキシャル膜において
粒界がなく、表面の凹凸を極力低下させることが可能で
あるという知見に基づきなされたものであり、このよう
な膜はノイズの影響を受けない。

【００１７】なお、強誘電体層の組成や形成条件によっ
ては、単一配向とならないことがあるが、強誘電体層の
アニール条件やその厚さを制御することによって単一配
向とすることができる。例えば、強誘電体材料として希
土類元素を１０モル％程度添加したチタン酸鉛を用い、
強誘電体層の厚さを３００nm程度とした場合、形成直後
は（００１）単一配向となるが、強誘電体特性向上のた
めに７５０℃でアニールすると、（００１）配向結晶と
（１００）配向結晶とが混在した状態となってしまう。
しかし、アニール温度を６００℃以下とすれば、強誘電
体層を（００１）単一配向とすることができる。また、
強誘電体層の厚さを５〜７０nmと薄くすれば、アニール
温度によらず（００１）単一配向とすることができるの
で、６００℃を超える高温でアニールでき、強誘電体特
性をより向上させることができる。

【００１８】本発明では、強誘電体層表面を研磨するこ
とによってその表面の平滑度を向上させることができ
る。強誘電体層の構成材料や形成条件によってはその表
面平滑度が不十分となることがあるが、この場合でも研
磨によって平滑度を向上させれば、ノイズを抑制するこ
とができる。

【００１９】AFM やSTM の構成を利用した情報処理装置
では、検出信号は媒体表面のうねり、凹凸、ひずみ、組
成ずれ、プローブの駆動方法等に起因する特有の信号成
分（ノイズ）を含むが、本発明では、強誘電体層の結晶
性を高め、その表面凹凸を極力小さくしているため、Ｓ
／Ｎを高くすることができ、信頼性を向上させることが
できる。

【００２０】本発明で対象としている記録媒体は、プロ
ーブにより走査され記録再生を行うものであり、プロー
ブ本体のみならず走査に必要な駆動機構が情報処理装置
に付属する。したがって、プローブと媒体とが物理的に
接触したり、駆動機構の磨耗部から発生した微粒子が媒
体とプローブとの間に侵入したり、駆動機構に起因する
振動によりプローブが媒体に物理的に接触したりするこ
となどにより、媒体はダメージを受ける。本発明におい
て強誘電体層の表面に保護層を形成すれば、このような
ダメージを防ぐことができ、繰り返しのデータ書き換え
に耐える高信頼性が実現する。

【００２１】また、保護層に適当な導電性をもたせれ
ば、強誘電体層表面の電荷が均一化されるため、強誘電
体の焦電効果、結晶欠陥等により強誘電体層表面に局在
的に発生する電荷の集中を防ぐことが可能になる。した
がって、集中電荷によるノイズおよびプローブの破壊を
防止することができる。

【００２２】また、本発明では、強誘電体層の表面を潤
滑性にすることにより、繰り返しのデータ書き換えに耐
える高信頼性の記録媒体が得られる。このような潤滑性
の付与は、プローブを浮上スライダーに搭載した構成の
情報処理装置とすることによっても実現できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００２４】＜記録再生装置＞本発明の記録媒体は、導
電性プローブを有する情報処理装置（記録再生装置）に
搭載される。この情報処理装置における記録（書き込
み）および再生（読み出し）の際の作用は、前述したＳ
ＴＭ、ＳＣａＭ、導電性のプローブを備えるＡＦＭなど
における記録再生作用と同様である。

【００２５】本発明の記録媒体が搭載される情報処理装
置の構成例を、図１に示す。

【００２６】図１に示す情報処理装置は、通常の原子間
力顕微鏡(AFM) の構成に対し、主として２点変更を加え
ている。一つは、AFM プローブを導電性にしたこと、も
うひとつは、このAFM プローブに容量センサーを取り付
けたことである。

【００２７】この情報処理装置は、導電性AFM プローブ
１を有し、導電性AFM プローブ１により記録媒体２に対
し書き込みおよび読み出しを行う。なお、図１の情報処
理装置には、導電性AFM プローブ１の変位をレーザービ
ーム９により検知する変位検知フォトディテクター１０
が設置されている。記録媒体２は、圧電アクチュエータ
素子を用いたXY走査駆動機構３に載せられているので、
導電性AFM プローブ１の走査は、記録媒体２を移動させ
ることにより行うことになる。

【００２８】書き込みには、主として以下の３種の方法
が用いられる。第１の方法では、強誘電体層を一方向に
分極させる処理（初期化処理）を施した記録媒体を用い
る。そして、導電性AFM プローブ１を走査させながら、
これと記録媒体２との間に、記録情報に応じた一方向の
極性をもったパルス電圧を印加して、分極を反転させ
る。分極を反転させた領域が「０」または「１」とな
り、分極を反転させなかった領域が「１」または「０」
となる。第２の方法では、二方向の極性をもったパルス
電圧を印加する。極性の異なるパルス電圧を印加した領
域では分極方向が逆となるため、結果的に第１の方法と
同様な記録ビットが形成される。なお、この場合の記録
媒体は、初期化したものであっても初期化していないも
のであってもよい。第３の方法は、初期化しておらず分
極方向がランダムである強誘電体層を有する記録媒体
に、一方向の極性をもったパルス電圧を印加する。電圧
を印加した領域は一方向に分極する。一方、電圧を印加
しなかった領域はランダム分極のまま残るため、後述す
る方法により読み出しが可能である。これら各方法にお
けるパルス電圧の強度は、強誘電体層の抗電界よりも大
きな電界が記録媒体に印加されるように設定すればよ
い。

【００２９】後述する図２の媒体構造では、基板として
半導体Siを用いるため、強誘電体層の分極の方向によっ
て空乏層が形成される／されないの区別が生じ、より確
実に記録保持動作が行える。

【００３０】記録情報を読み出す場合には、 AFM導電性
プローブ１と記録媒体２との間に適当な高周波バイアス
電圧を印加しながら、走査を行う。そして、容量センサ
７とロックインアンプ８とにより、導電性AFM プローブ
１と記録媒体２との間の高周波バイアス電圧に対しての
容量成分信号（C 、dC/dV ）を検出する。分極の方向に
より容量成分は変化するため、記録ビットが読み出され
る。また、半導体基板を用いる図２の構造の媒体の記録
ビットでは、空乏層の形成により容量が変化しているの
で、同様にして読み出しを行うことができる。

【００３１】なお、図１にはAFM をベースとした装置を
示したが、本発明にはSTM をベースとした装置も利用可
能である。

【００３２】読み出しには、強誘電体の圧電効果、焦電
効果、電気光学効果などを利用してもよい。例えば、適
当な高周波バイアス電圧を記録媒体と導電性AFM プロー
ブとの間に印加しながら導電性AFM プローブを走査させ
る。このとき、強誘電体の圧電効果により媒体が変形す
るが、分極方向に応じて圧電効果が異なるため、導電性
AFM プローブにより検出される変形信号に変化が現れ
る。これにより記録情報を読み出すことができる。

【００３３】上記２例の読み出し方法は、読み出しの後
も記録ビットが保存される非破壊読み出しであるが、読
み出しにより記録ビットが消去される破壊読み出しを行
ってもよい。この場合、例えば、STM または導電性プロ
ーブを有するAFM を用い、適当な高周波バイアス電圧を
記録媒体とプローブとの間に印加しながら、プローブを
走査させる。このときの高周波バイアス電圧は、強誘電
体の分極反転が可能な値に設定しておく。この高周波バ
イアス電圧印加により、媒体と導電性プローブとの間に
は分極反転電流が流れる。この電流は、強誘電体の分極
方向により異なるため、記録情報に応じた電流量変化が
現われる。したがって、プローブに流れる電流のプロー
ブ走査に伴なう変化を検知することにより、記録情報を
読み出すことができる。破壊読み出しを行う場合には、
読み出し後、再書き込みをする必要がある。

【００３４】なお、第１の方法で書き込みを行った場
合、記録時と逆極性のパルス電圧を印加して分極を反転
することにより、記録情報が消去できる。第２の方法ま
たは第３の方法で書き込みを行った場合には、初期化に
より記録情報が消去できる。第１〜３のいずれの方法で
書き込んだ媒体も、第２の方法によりオーバーライトが
可能である。

【００３５】本発明で用いる情報処理装置では、記録媒
体の形状は特に限定されず、また、記録媒体とプローブ
とを相対的に移動させる方法も特に限定されない。例え
ば、円盤状の記録媒体を用い、プローブに対し記録媒体
を回転させる構成としてもよく、媒体をアクチュエータ
ーで２軸あるいはそれ以上の方向に駆動してもよく、ま
た、プローブを同様に駆動してもよく、両者を駆動する
構成としてもよい。また、導電性プローブを複数設けた
構成としてもよい。

【００３６】＜記録媒体の構造＞本発明の記録媒体は、
例えば図２〜図４に示される構造とされる。

【００３７】図２に示す記録媒体は、Ｓｉ等からなる半
導体基板１２１表面に強誘電体層１３を有する。半導体
基板１２１の裏面には、オーミック電極１１が設けられ
ている。このオーミック電極１１は、強誘電体層１３お
よび半導体基板１２１を介して導電性プローブに対向す
る電極であり、このような対向電極として機能する限
り、設置位置は基板裏面以外であってもよい。

【００３８】半導体基板としては、Ｐ型またはＮ型の導
電性を有し、比抵抗が１０^-4〜１０⁶ Ωcm程度、特に１
０^-2〜１０⁶ Ωcm程度のものが好ましい。半導体基板を
用いることにより、情報処理装置の説明において述べた
空乏層の形成が可能となる。なお、空乏層とは、半導体
の表面または界面に生じる電位障壁領域に生じる空間電
荷層のことをいう。この層では、半導体中の自由電子が
少なくなるため、抵抗率が高くなり、容量成分をもつ層
となる。そのため、書き込み領域の容量を変化させるこ
とができる。

【００３９】なお、図２において半導体基板と強誘電体
層との間には、後述するようにSiO₂層や他の酸化物層な
どが存在していてもよい。

【００４０】図３に示す記録媒体は、Ｓｉ等の導電性基
板１２２表面に、強誘電体層１３を有する。導電性基板
は、導電性プローブに対向する電極として機能する。導
電性基板の構成材料は、バルクでの比抵抗が１０^-7〜１
０^-2Ωcmであるものが好ましい。

【００４１】なお、図３において導電性基板と強誘電体
層との間には、後述するようにSiO₂層や他の酸化物層な
どが存在していてもよい。

【００４２】図４に示す記録媒体は、基板１２３表面に
電極層１５を有し、電極層表面に強誘電体層１３を有す
る。電極層は、導電性プローブに対向する電極として機
能する。電極層の比抵抗は、１０^-7〜１０^-2Ωcmである
ことが好ましい。この記録媒体では、電極層を設けてい
るため基板の導電特性は特に限定されず、絶縁体、半導
体、導電体のいずれの基板を用いてもよい。

【００４３】なお、図４において基板と電極層との間に
は、後述するようにSiO₂層や他の酸化物層などが存在し
ていてもよい。

【００４４】図２〜図４における基板の厚さは、通常、
１００μm 〜１mm程度である。

【００４５】図２〜図４における強誘電体層１３の膜厚
は、好ましくは５nm以上、より好ましくは１０nm以上、
さらに好ましくは２０nm以上であり、かつ、好ましくは
１０００nm以下、より好ましくは５００nm以下、さらに
好ましくは７０nm以下である。強誘電体層が薄すぎる
と、分極反転が不可能になる。一方、厚すぎると強誘電
体層を分極反転するために必要な電圧が大きくなって、
大きな書き込み電圧（例えば20V 以上）が必要になって
しまい、強誘電体層表面の平坦度も悪くなってしまう。
また、前述したように強誘電体層の組成や形成条件（ア
ニール条件等）によっては単一配向膜とすることができ
なくなるが、このような場合でも、強誘電体層の厚さを
５〜７０nm、好ましくは１０〜７０nmとすることによ
り、単一配向膜とすることが可能であり、強誘電体層表
面の平坦度もより良好となる。

【００４６】前述したように、導電性プローブで記録媒
体を走査することにより記録ビットの信号を検出するこ
とができるが、この信号の成分には記録媒体表面の性質
やその他の要因によるノイズが重畳される。すなわち、
強誘電体層表面のうねり、凹凸、ひずみ、組成ずれに起
因するノイズ成分や、プローブの駆動方法特有のノイズ
成分が本来の信号成分に重畳される。したがって、本来
の信号成分を正確に得るためには、Ｓ／Ｎをできるだけ
高くする必要がある。Ｓ／Ｎを高める最も有効な方法
は、強誘電体層の結晶性を高め、その表面凹凸を極力小
さくすることである。本発明の記録媒体の強誘電体層表
面は、そのＲｚからわかるように分子レベルで平坦であ
るため、Ｓ／Ｎが極めて高くなる。強誘電体層の結晶性
を高め、その表面凹凸を極力小さくするためには、後述
するように、強誘電体層を単一配向膜、特にエピタキシ
ャル膜とすることが有効である。

【００４７】＜基板＞基板材料は、ガラス、金属（合金
を含む）、有機物、単結晶や多結晶のセラミックスなど
の種々のものから、半導体、導電体、絶縁体など要求さ
れる特性に応じて適宜選択すればよい。

【００４８】高結晶性の強誘電体層を形成するために
は、単結晶基板を用いることが好ましい。単結晶基板の
材質は、マグネシア、チタン酸ストロンチウム、サファ
イア、ジルコニア、安定化ジルコニア、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ガリウム砒素、シリコンなど
が好ましい。特に、Si単結晶基板は、安価でかつ半導体
素子との整合性も高く好ましい。単結晶基板を用いるこ
とにより、結晶配向の揃った強誘電体層、具体的には単
一配向膜、好ましくはエピタキシャル膜を形成すること
が可能になる。結晶配向の揃った強誘電体層は、多結晶
強誘電体層よりも表面性が良好であり、また、残留分極
値を大きくできたり、結晶粒界の影響による分極の不揃
いを防止できたりして、優れた強誘電体特性が得られる
ので、記録媒体の強誘電体層として好適である。

【００４９】単一配向膜、好ましくはエピタキシャル膜
は、基板の結晶格子の配列情報に従い薄膜が成長して実
現されるものであるから、本発明では単結晶基板として
Si(100) 面またはSi(111) 面を表面に有するものを用い
ることが好ましい。

【００５０】＜強誘電体層＞強誘電体材料強誘電体層に用いる材料は特に限定されず、強誘電性を
有するものから適宜選択すればよいが、例えば以下の材
料が好適である。

【００５１】(A) ペロブスカイト型材料：ＢａＴｉＯ
₃ ；ＰｂＴｉＯ₃ 、希土類元素含有チタン酸鉛、ＰＺＴ
（ジルコンチタン酸鉛）、ＰＬＺＴ（ジルコンチタン酸
ランタン鉛）等のＰｂ系ペロブスカイト化合物；Ｂｉ系
ペロブスカイト化合物など。以上のような単純、複合、
層状の各種ペロブスカイト化合物。

【００５２】(B) タングステンブロンズ型材料： SBN
（ニオブ酸ストロンチウムバリウム）、PBN （ニオブ酸
鉛バリウム）等のタングステンブロンズ型酸化物など。

【００５３】(C) YMnO₃ 系材料：希土類元素（Ｓｃおよ
びＹを含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶系YMnO₃ 構造
をもつ酸化物など。例えば、YMnO₃ 、HoMnO₃等。

【００５４】以下、これらの強誘電体材料について説明
する。

【００５５】(A) ペロブスカイト型材料のうち、ＢａＴ
ｉＯ₃ や鉛系ペロブスカイト化合物などは、一般に化学
式ＡＢＯ₃ で表される。ここで、ＡおよびＢは各々陽イ
オンを表す。ＡはＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｋ、Ｎａ、
Ｌｉ、ＬａおよびＣｄから選ばれた１種以上であること
が好ましく、ＢはＴｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＮｂから選ば
れた１種以上であることが好ましい。

【００５６】こうしたペロブスカイト型化合物における
比率Ａ／Ｂは、好ましくは０．８〜１．３であり、より
好ましくは０．９〜１．２である。

【００５７】Ａ／Ｂをこのような範囲にすることによっ
て、誘電体の絶縁性を確保することができ、また結晶性
を改善することが可能になるため、誘電体特性または強
誘電特性を改善することができる。これに対し、Ａ／Ｂ
が０．８未満では結晶性の改善効果が望めなくなり、ま
たＡ／Ｂが１．３をこえると均質な薄膜の形成が困難に
なってしまう。

【００５８】このようなＡ／Ｂは、成膜条件を制御する
ことによって実現する。また、ＡＢＯ₃ におけるＯの比
率は、３に限定されるものではない。ペロブスカイト材
料によっては、酸素欠陥または酸素過剰で安定したペロ
ブスカイト構造を組むものがあるので、ＡＢＯ_X におい
て、ｘの値は、通常、２．７〜３．３程度である。な
お、Ａ／Ｂは、蛍光Ｘ線分析法から求めることができ
る。

【００５９】本発明で用いるＡＢＯ₃ 型のペロブスカイ
ト化合物としては、Ａ¹⁺Ｂ⁵⁺Ｏ₃ 、Ａ²⁺Ｂ⁴⁺Ｏ₃ 、Ａ³⁺
Ｂ³⁺Ｏ₃ 、Ａ_X ＢＯ₃ 、Ａ（Ｂ′_0.67Ｂ″_0.33）Ｏ₃ 、
Ａ（Ｂ′_0.33Ｂ″_0.67）Ｏ₃ 、Ａ（Ｂ_0.5 ⁺³ Ｂ_0.5 ⁺⁵ ）
Ｏ₃ 、Ａ（Ｂ_0.5 ²⁺ Ｂ_0.5 ⁶ ⁺ ）Ｏ₃ 、Ａ（Ｂ_0.5 ¹⁺ Ｂ
_0.5 ⁷⁺ ）Ｏ₃ 、Ａ³⁺（Ｂ_0.5 ²⁺ Ｂ_0.5 ⁴⁺ ）Ｏ₃ 、Ａ（Ｂ
_0.25 ¹⁺Ｂ_0.75 ⁵⁺）Ｏ₃ 、Ａ（Ｂ_0.5 ³⁺ Ｂ_0.5 ⁴⁺ ）
Ｏ_2.75、Ａ（Ｂ_0.5 ²⁺ Ｂ_0.5 ⁵ ⁺ ）Ｏ_2.75等のいずれであ
ってもよい。

【００６０】具体的には、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ等のＰｂ系
ペロブスカイト化合物、ＣａＴｉＯ₃ 、ＢａＴｉＯ₃ 、
ＰｂＴｉＯ₃ 、ＫＴａＯ₃ 、ＢｉＦｅＯ₃ 、ＮａＴａＯ
₃ 、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＣｄＴｉＯ₃ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＬｉＮ
ｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 、およびこれらの固溶体等であ
る。

【００６１】なお、上記ＰＺＴは、ＰｂＺｒＯ₃ −Ｐｂ
ＴｉＯ₃ 系の固溶体である。また、上記ＰＬＺＴは、Ｐ
ＺＴにＬａがドープされた化合物であり、ＡＢＯ₃ の表
記に従えば、（Ｐｂ_0.89〜_0.91Ｌａ_0.11〜_0.09）（Ｚｒ
_0.65Ｔｉ_0.35）Ｏ₃ で示される。

【００６２】また、層状ペロブスカイト化合物のうちＢ
ｉ系層状化合物は、一般に式Ｂｉ₂ Ａ_m-1 Ｂ_m Ｏ_3m+3 で表わされる。上記式において、ｍは１〜５の整数、Ａ
は、Ｂｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋおよび希
土類元素（ＳｃおよびＹを含む）のいずれかであり、Ｂ
は、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂのいずれかである。具体的に
は、Ｂｉ₄ Ｔｉ₃Ｏ₁₂、ＳｒＢｉ₂ Ｔａ₂ Ｏ₉ 、ＳｒＢ
ｉ₂ Ｎｂ₂ Ｏ₉ などが挙げられる。本発明では、これら
の化合物のいずれを用いてもよく、これらの固溶体を用
いてもよい。

【００６３】本発明に用いることが好ましいペロブスカ
イト型化合物は、チタン酸塩ないしチタン酸塩含有ペロ
ブスカイト型化合物、例えばＢａＴｉＯ₃ 、ＳｒＴｉＯ
₃ 、ＰＬＺＴ、ＰＺＴ、ＣａＴｉＯ₃ 、ＰｂＴｉＯ₃ 、
希土類元素含有チタン酸鉛等であり、より好ましいもの
はＢａＴｉＯ₃ 、ＳｒＴｉＯ₃ 、ＰＺＴ、希土類元素含
有チタン酸鉛であり、特に好ましいものは、Ｒ（Ｒは、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓ
ｍ、Ｇｄ、ＥｒおよびＬａから選択された少なくとも１
種の希土類元素）、Ｐｂ、ＴｉならびにＯを含有する希
土類元素含有チタン酸鉛であって、原子比率が（Ｐｂ＋Ｒ）／Ｔｉ＝０．８〜１．３、Ｐｂ／（Ｐｂ＋Ｒ）＝０．５〜０．９９の範囲にあるものである。このような希土類元素含有チ
タン酸鉛は、特願平８−１８６６２５号に開示されてい
る。

【００６４】(B) タングステンブロンズ型材料として
は、強誘電体材料集のLandoit-Borenstein Vol. 16記載
のタングステンブロンズ型材料が好ましい。具体的に
は、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｎｂ₂ Ｏ₆ 、（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｂ₂
Ｏ₆ 、ＰｂＮｂ₂ Ｏ₆ 、ＰｂＴａ₂ Ｏ₆ 、ＢａＴａ₂ Ｏ
₆ 、ＰｂＮｂ₄ Ｏ₁₁、ＰｂＮｂ₂ Ｏ₆ 、ＳｒＮｂ₂ Ｏ
₆ 、ＢａＮｂ₂ Ｏ₆ 等やこれらの固溶体が好ましく、特
に、ＳＢＮ｛（Ｂａ，Ｓｒ）Ｎｂ₂ Ｏ₆ ｝やＰＢＮ
｛（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｂ₂ Ｏ₆ ｝、が好ましい。

【００６５】(C) ＹＭｎＯ₃ 系材料は、化学式ＲＭｎＯ
₃ で表せる。Ｒは希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）か
ら選ばれた１種以上であることが好ましい。ＹＭｎＯ₃
系材料における比率Ｒ／Ｍｎは、好ましくは０．８〜
１．２であり、より好ましくは０．９〜１．１である。
このような範囲にすることにより、絶縁性を確保するこ
とができ、また結晶性を改善することが可能になるた
め、強誘電特性を改善することができる。これに対し、
比率Ｒ／Ｍｎが０．８未満、１．２をこえる範囲では、
結晶性が低下する傾向がある。また特に、比率Ｒ／Ｍｎ
が１．２をこえる範囲では、強誘電性が得られず、常誘
電的特性になる傾向があり、分極を利用した素子への応
用が不可能になってくることがある。このようなＲ／Ｍ
ｎは、成膜条件を制御することによって実現する。な
お、Ｒ／Ｍｎは、蛍光Ｘ線分析法から求めることができ
る。ＹＭｎＯ₃ 系材料の誘電率は、バルクで１０〜５０
程度、薄膜で１０〜１００程度である。

【００６６】本発明に用いることが好ましいＹＭｎＯ₃
系材料は、結晶構造が六方晶系のものである。ＹＭｎＯ
₃ 系材料は、六方晶系の結晶構造を持つものと斜方晶系
の結晶構造を持つものとが存在する。強誘電性を得るた
めには、六方晶系の結晶材料とする必要がある。具体的
には、組成が実質的にＹＭｎＯ₃ 、ＨｏＭｎＯ₃ 、Ｅｒ
ＭｎＯ₃ 、ＹｂＭｎＯ₃ 、ＴｍＭｎＯ₃ 、ＬｕＭｎＯ₃
であるものか、これらの固溶体などである。

【００６７】結晶配向強誘電体層は、結晶軸が単一配向した膜であり、特に、
分極軸が基板面と垂直方向に配向した結晶化膜であるこ
とが望ましい。ペロブスカイト型材料を用いる場合、強
誘電体としての特性が良好になることから、（００１）
単一配向膜であることが好ましく、特にそのエピタキシ
ャル膜であることが好ましい。また、タングステンブロ
ンズ型材料を用いる場合、（００１）単一配向膜、特に
そのエピタキシャル膜であることが好ましい。また、六
方晶ＹＭｎＯ₃ 系材料を用いる場合、（０００１）単一
配向膜、特にそのエピタキシャル膜であることが好まし
い。

【００６８】ペロブスカイト型材料から構成される強誘
電体層は、Ｓｉ（１００）基板の表面に形成することが
好ましい。この場合の強誘電体層とＳｉ基板との好まし
い結晶軸方位関係は、以下の通りである。なお、Ｓｉは
立方晶である。強誘電体層が（００１）単一配向である
場合、強誘電体［１００］//Ｓｉ［０１０］である。す
なわち、強誘電体層とＳｉ基板とは、面内に存在する軸
同士も平行であることが好ましい。

【００６９】タングステンブロンズ型材料から構成され
る強誘電体層も、Ｓｉ（１００）基板の表面に形成する
ことが好ましい。この場合の強誘電体層とＳｉ基板との
好ましい結晶軸方位関係は、強誘電体［１００］//Ｓｉ
［０１０］である。

【００７０】六方晶ＹＭｎＯ₃ 系材料から構成される
（０００１）配向の強誘電体層は、Ｓｉ（１１１）基板
の表面に形成することが好ましい。ただし、後述するよ
うに（１１１）配向の酸化物中間層や（１１１）配向の
電極層を設ければ、Ｓｉ（１００）基板上に（０００
１）配向の六方晶ＹＭｎＯ₃ 系強誘電体層を形成するこ
とができる。

【００７１】なお、本明細書における単一配向膜とは、
基板表面と平行に目的とする結晶面がそろっている結晶
化膜のことを意味する。具体的には、例えば、（００
１）単一配向膜、すなわちｃ面単一配向膜は、膜の２θ
−θＸ線回折（ＸＲＤ）で（００Ｌ）面以外の反射強度
が、（００Ｌ）面反射の最大ピーク強度の１０％以下、
好ましくは５％以下のものである。なお、本明細書にお
いて（００Ｌ）は、（００１）や（００２）などの等価
な面を総称する表示であり、（Ｌ００）や（ＬＬＬ）な
どについても同様である。

【００７２】また、本明細書においてエピタキシャル膜
とは、膜面内をＸ−Ｙ面とし、膜厚方向をＺ軸としたと
き、結晶がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向にともにそろって
配向しているものである。具体的には、第一に、Ｘ線回
折による測定を行ったとき、目的とする面以外のものの
反射のピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の１
０％以下、好ましくは５％以下である必要がある。例え
ば、（００１）エピタキシャル膜、すなわちｃ面エピタ
キシャル膜では、膜の２θ−θＸ線回折で（００Ｌ）面
以外のピーク強度が、（００Ｌ）面の最大ピーク強度の
１０％以下、好ましくは５％以下である。第二に、ＲＨ
ＥＥＤ評価でスポットまたはストリークパターンを示す
必要がある。これらの条件を満足すれば、エピタキシャ
ル膜といえる。なお、ＲＨＥＥＤとは、反射高速電子線
回折（Reflction High Energy Electron Diffraction）
であり、ＲＨＥＥＤ評価は、膜面内における結晶軸の配
向の指標である。

【００７３】＜酸化物中間層＞強誘電体層をペロブスカ
イト型材料、タングステンブロンズ型材料またはＹＭｎ
Ｏ₃ 系材料から構成する場合、強誘電体層と基板との間
には、以下に説明する酸化物中間層を設けることが好ま
しい。なお、酸化物中間層は、絶縁体としても機能す
る。

【００７４】強誘電体層がペロブスカイト型材料または
タングステンブロンズ型材料から構成される場合、酸化
物中間層は、下記酸化ジルコニウム系層からなるか、さ
らに下記希土類酸化物系層または下記ペロブスカイト下
地層を含むか、下記希土類酸化物系層および下記ペロブ
スカイト下地層の両方を含むことが好ましい。積層順序
は、酸化ジルコニウム系層→強誘電体層であるか、酸化
ジルコニウム系層→希土類酸化物系層→強誘電体層であ
るか、酸化ジルコニウム系層→ペロブスカイト下地層→
強誘電体層であるか、酸化ジルコニウム系層→希土類酸
化物系層→ペロブスカイト下地層→強誘電体層である。

【００７５】強誘電体層がＹＭｎＯ₃ 系材料から構成さ
れる場合、酸化物中間層は酸化ジルコニウム系層または
希土類酸化物系層から構成されることが好ましい。

【００７６】酸化ジルコニウム系層酸化ジルコニウム系層は、酸化ジルコニウムを主成分と
するか、希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）により安定
化された酸化ジルコニウム（安定化ジルコニア）を主成
分とする。この層を設けることにより、その上に設けら
れる電極層や強誘電体層の剥離を防止できる。また、こ
の層は、強誘電体との格子整合性がよいため、結晶性の
高い強誘電体層が得られる。

【００７７】酸化ジルコニウムおよび安定化ジルコニア
は、Ｚｒ_1-x Ｒ_x Ｏ_2-δ（ＲはＳｃおよびＹを含む希土
類元素である）で表わされる組成のものが好ましい。ｘ
およびδについては、後述する。Ｒとしては、Ｙ、Ｐ
ｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒか
ら選択される少なくとも１種であることが好ましい。

【００７８】酸化ジルコニウム系層は、単一の結晶配向
を有していることが望ましい。これは、複数の結晶面を
有する層においては粒界が存在するため、その上の電極
層や強誘電体層のエピタキシャル成長が不可能になるた
めである。具体的には、（００１）配向の電極層や強誘
電体層を形成しようとする場合、酸化ジルコニウム系層
は、正方晶または単斜晶の（００１）単一配向である
か、立方晶の（１００）単一配向であることが好まし
く、また、（１１１）配向の電極層や（０００１）配向
の強誘電体層を形成しようとする場合、酸化ジルコニウ
ム系層は（１１１）単一配向であることが好ましく、い
ずれの場合でもエピタキシャル膜であることがより好ま
しい。このような良好な結晶性の酸化ジルコニウム系層
が形成できれば、粒界による物理量の攪乱等がなくな
り、酸化ジルコニウム系層上に良質の電極層や強誘電体
層が得られる。

【００７９】Ｓｉ（１００）基板表面に、酸化物中間層
（Ｚｒ_1-x Ｒ_x Ｏ_2-δ）が積層されているとき、これら
の結晶方位関係は、Ｚｒ_1-x Ｒ_x Ｏ_2-δ（００１）//Ｓ
ｉ（１００）であることが好ましい。

【００８０】また、Ｓｉ（１１１）基板表面に、酸化物
中間層（Ｚｒ_1-x Ｒ_x Ｏ_2-δ）が積層されているとき、
これらの結晶方位関係は、Ｚｒ_1-x Ｒ_x Ｏ_2-δ（１１
１）//Ｓｉ（１１１）であることが好ましい。

【００８１】ＺｒＯ₂は高温から室温にかけて立方晶→
正方晶→単斜晶と相転移を生じる。立方晶を安定化する
ために希土類元素を添加したものが、安定化ジルコニア
である。Ｚｒ_1-x Ｒ_x Ｏ_2-δ膜の結晶性はｘの範囲に依
存する。Jpn . J. Appl. Phys. 27 (8)L1404-L1405 (1
988)に報告されているように、ｘが０．２未満である組
成域では正方晶または単斜晶の結晶になる。これまで、
ｘが０．２以上の立方晶領域では単一配向のエピタキシ
ャル膜が得られている。ただし、ｘが０．７５を超える
領域では、立方晶ではあるが、例えば（１００）単一配
向は得られず、（１１１）配向の結晶が混入する。一
方、正方晶または単斜晶となる領域では、J. Appl. Phy
s. 58 (6) 2407-2409 (1985)にも述べられているよう
に、得ようとするもの以外の配向面が混入し、単一配向
のエピタキシャル膜は得られていない。

【００８２】したがって、立方晶（１００）単一配向と
するためには、Ｚｒ_1-xＲ_xＯ_2-δにおいてｘは０．２
〜０．７５であることが好ましい。この場合のｘのより
好ましい範囲は、０．２〜０．５０である。酸化ジルコ
ニウム系層がエピタキシャル膜であれば、その上に形成
される電極層や強誘電体層をエピタキシャル成長させや
すい。一方、（１１１）基板を用いて（１１１）単一配
向とする場合には、ｘは０．７５超であってよい。な
お、ｘが１のときは、後述する希土類酸化物層となる。

【００８３】安定化ジルコニアが含む希土類元素は、Ｓ
ｉ基板の格子定数および酸化ジルコニウム系層上に設け
られる層の格子定数と、酸化ジルコニウム系層の格子定
数とを好ましくマッチングさせるために、その種類およ
び添加量が選択される。希土類元素の種類を固定したま
まｘを変更すれば格子定数を変えることができるが、ｘ
だけの変更ではマッチングの調整可能領域が狭い。ここ
で、例えばＹに替えてＰｒを用いると、格子定数を大き
くすることが可能であり、マッチングの最適化が容易と
なる。

【００８４】なお、酸素欠陥を含まない酸化ジルコニウ
ムは、化学式ＺｒＯ₂で表わされるが、希土類元素を添
加した酸化ジルコニウムは、添加した希土類元素の種
類、量および価数により酸素の量が変化し、Ｚｒ_1-xＲ
_xＯ_2-δにおけるδは、通常、０〜０．５となる。

【００８５】Ｚｒ_1-xＲ_xＯ_2-δにおいてｘが０．２未
満である領域、特に、酸素を除く構成元素中におけるＺ
ｒの比率が９３mol%を超える高純度の組成域では、上述
したように結晶性が良好とはならず、また、良好な表面
性も得られていなかった。しかし、本発明者らが検討を
重ねた結果、後述する製造方法を適用することにより、
上記した単一配向、さらにはエピタキシャル成長が可能
となり、表面性も良好な値が得られることがわかった。
高純度のＺｒＯ₂ 膜は、絶縁抵抗が高くなり、リーク電
流が小さくなることから、絶縁特性を必要とする場合に
は好ましい。

【００８６】したがって、良好な結晶性および表面性が
得られる場合には、酸化ジルコニウム系層中の酸素を除
く構成元素中におけるＺｒの比率は、好ましくは９３mo
l%超、より好ましくは９５mol%以上、さらに好ましくは
９８mol%以上、最も好ましくは９９．５mol%以上であ
る。酸素およびＺｒを除く構成元素は、通常、希土類元
素やＰなどである。なお、Ｚｒの比率の上限は、現在の
ところ９９．９９mol%程度である。また、現在の高純度
化技術ではＺｒＯ₂ とＨｆＯ₂ との分離は難しいので、
ＺｒＯ₂ の純度は、通常、Ｚｒ＋Ｈｆでの純度を指して
いる。したがって、本明細書におけるＺｒＯ₂ の純度
は、ＨｆとＺｒとを同元素とみなして算出された値であ
るが、ＨｆＯ₂ は本発明における酸化ジルコニウム系層
においてＺｒＯ₂ と全く同様に機能するため、問題はな
い。

【００８７】なお、酸化物中間層を形成する場合、酸化
物中間層中の酸素がＳｉ等からなる基板の表面付近に拡
散し、基板表面付近が浅く（例えば５nm程度以下）酸化
されてＳｉＯ₂ などの酸化層が形成されることがある。
また、成膜の方法によっては、酸化物中間層形成時にＳ
ｉ等の基板の表面にＳｉ酸化物層等が残留する場合があ
る。

【００８８】希土類酸化物系層希土類酸化物系層は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、ＹｂおよびＬｕの少なくとも１種、特に、Ｃｅ、Ｐ
ｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒの少なく
とも１種を含有する希土類酸化物から実質的に構成され
ていることが好ましい。なお、２種以上の希土類元素を
用いるとき、その比率は任意である。

【００８９】希土類酸化物系層は、基板の面配向によら
ず（１１１）配向を示す。すなわち、例えば、Ｓｉ（１
００）基板でもＳｉ（１１１）基板でも立方晶（１１
１）配向となる。このため、ＹＭｎＯ₃ 系材料から構成
される強誘電体層を形成する場合に好適である。

【００９０】ただし、希土類酸化物系層を（００１）配
向の酸化ジルコニウム系層の上に形成した積層構造の場
合には、希土類酸化物系層は（００１）配向となるの
で、ペロブスカイト型材料またはタングステンブロンズ
型材料から構成される強誘電体層を形成する場合に好適
である。酸化物中間層として上記した安定化ジルコニア
を用いたときには、Ｃ−Ｖ特性にヒステリシスがみら
れ、この点においてＺｒＯ₂ 高純度膜に劣る。この場
合、酸化ジルコニウム系層上に希土類酸化物系層を積層
することにより、Ｃ−Ｖ特性のヒステリシスをなくすこ
とができる。また、希土類酸化物系層を積層することに
より、強誘電体層との間での格子整合のマッチングがよ
り良好となる。希土類酸化物系層が積層されている場
合、酸化ジルコニウム系層は、元素分布が均一な膜であ
ってもよく、膜厚方向に組成が変化する傾斜構造膜であ
ってもよい。傾斜構造膜とする場合、基板側から希土類
酸化物系層側にかけて、酸化ジルコニウム系層中の希土
類元素含有率を徐々または段階的に増大させると共に、
Ｚｒ含有率を徐々または段階的に減少させる。このよう
な傾斜構造膜とすることにより、酸化ジルコニウム系層
と希土類酸化物系層との間の格子のミスフィットが小さ
くなるか、あるいは存在しなくなり、希土類酸化物系層
を高結晶性のエピタキシャル膜とすることが容易とな
る。このような積層構造の場合、希土類酸化物系層に添
加する希土類元素は、酸化ジルコニウム系層に添加する
希土類元素と同一のものを用いることが好ましい。

【００９１】酸化ジルコニウム系層および希土類酸化物
系層には、特性改善のために添加物を導入してもよい。
例えば、これらの層にＣａやＭｇなどのアルカリ土類元
素をドーピングすると、膜のピンホールが減少し、リー
クを抑制することができる。また、ＡｌおよびＳｉは、
膜の抵抗率を向上させる効果がある。さらに、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷移金属元素は、膜中において不
純物による準位（トラップ準位）を形成することがで
き、この準位を利用することにより導電性の制御が可能
になる。

【００９２】ペロブスカイト下地層ペロブスカイト下地層は、強誘電体層の説明において述
べたＡＢＯ₃ 型のペロブスカイト型化合物から構成され
る。ペロブスカイト下地層は、ペロブスカイト型化合物
またはタングステンブロンズ型化合物からなる強誘電体
層の結晶性を高めるために、必要に応じて設けられる。
ペロブスカイト下地層の構成材料は、好ましくはＢａＴ
ｉＯ₃ 、ＳｒＴｉＯ₃ またはこれらの固溶体であり、よ
り好ましくはＢａＴｉＯ₃ である。ペロブスカイト下地
層は、酸化ジルコニウム系層や希土類酸化物系層との間
の格子整合性が良好であって、かつ強誘電体層構成材料
とは異なる化合物から構成される。

【００９３】例えば、前述した希土類含有チタン酸鉛か
らなる強誘電体層を、酸化ジルコニウム系層または希土
類酸化物系層に接して形成する場合、前述した好ましい
結晶配向を有する強誘電体層を得ることは難しいが、Ｂ
ａＴｉＯ₃ 等からなるペロブスカイト下地層を介して希
土類含有チタン酸鉛の強誘電体層を形成することによ
り、目的とする結晶配向を実現することができる。

【００９４】また、図４に示す構成の記録媒体に設ける
電極層を、酸化ジルコニウム系層または希土類酸化物系
層に接して形成する場合も、後述するような正方晶（０
０１）配向または立方晶（１００）配向の電極層を得る
ことは難しいが、ＢａＴｉＯ₃ 等からなるペロブスカイ
ト下地層を介して電極層を形成することにより、目的と
する結晶配向を実現することができる。

【００９５】ペロブスカイト下地層は、正方晶であると
きは（００１）単一配向、すなわち基板表面と平行にｃ
面が単一に配向したものであることが好ましく、立方晶
であるときは（１００）単一配向、すなわち基板表面と
平行にａ面が単一に配向したものであることが好まし
く、いずれの場合でもエピタキシャル膜であることがよ
り好ましい。

【００９６】そして、酸化ジルコニウム系層とペロブス
カイト下地層との結晶方位関係は、ペロブスカイト(00
1)//Zr_1-xRxO_2- δ(001)//Si(100)、かつペロブスカイ
ト[100]//Zr_1-xRxO_2- δ[100]//Si[010]であることが好
ましい。なお、これは各層が正方晶の場合であるが、各
層が立方晶である場合でも、膜面内において軸同士が平
行であることが好ましいという点では同様である。

【００９７】＜強誘電体層および酸化物中間層の形成方
法＞強誘電体層や酸化物中間層の形成方法は特に限定さ
れず、蒸着法、スパッタ法、ゾル・ゲル法等のいずれを
用いてもよい。ただし、強誘電体層や酸化物中間層を上
記したような単一配向膜やエピタキシャル膜とするため
には蒸着法を用いることが好ましく、特に、特願平７−
２１９８５０号、特願平７−２４０６０７号、特願平８
−１８６６２５号等に開示されている方法を用いること
が好ましい。

【００９８】本発明では、強誘電体層が単一配向膜やエ
ピタキシャル膜であるので、その表面の平坦度が良好と
なるが、強誘電体層の組成や形成方法によっては十分な
平坦度が得られないこともある。そのような場合には、
強誘電体層表面を研磨して平坦化することができる。研
磨には、アルカリ溶液等を用いる化学的研磨、コロイダ
ルシリカ等を用いる機械的研磨、化学的研磨と機械的研
磨との併用などを用いればよい。

【００９９】強誘電体層表面を研磨すると、研磨歪が残
留することがある。強誘電体の電気的特性は応力により
大きく変化するため、研磨歪を除去するために、必要に
応じて強誘電体層にアニールを施すことが好ましい。ア
ニールは、好ましくは３００〜８５０℃、より好ましく
は４００〜７５０℃で、好ましくは１秒間〜３０分間、
より好ましくは５〜１５分間行う。

【０１００】なお、研磨を行わない場合でも、強誘電体
特性を向上させるために、必要に応じてアニールを施し
てもよい。この場合のアニールは、好ましくは３００℃
以上、より好ましくは５００℃以上、さらに好ましくは
６５０℃以上、かつ好ましくは８５０℃以下、より好ま
しくは８００℃以下で、好ましくは１秒間〜３０分間、
より好ましくは５〜１５分間行う。ただし、強誘電体と
して希土類元素を添加したチタン酸鉛を用い、かつ強誘
電体層を比較的厚くする場合などは、アニール温度が高
すぎると前述したように（００１）単一配向膜とならず
（１００）配向結晶が混在するので、このような場合に
は好ましくは３００〜６００℃でアニールを行う。この
ように比較的低温でアニールを施すことにより、（００
１）単一配向膜とすることができる。

【０１０１】＜電極層＞図４に示す構成の記録媒体で
は、基板と強誘電体層との間に電極層が設けられる。上
記した酸化物中間層を設ける場合には、電極層は酸化物
中間層と強誘電体層との間に設けられる。

【０１０２】電極層は金属から構成されることが好まし
いが、金属以外の導電性材料で構成されていてもよい。
電極層は、強誘電体層の下側の電極として機能する。ま
た、電極層は、隣接する層との間の格子整合性が良好な
ので、結晶性の高い強誘電体層が得られる。

【０１０３】電極層を構成する金属としては、Ｐｔ、Ｉ
ｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｄ、ＲｈおよびＲｕの少なくとも１
種を含有する金属単体または合金が好ましい。金属以外
の導電性材料としては、導電性酸化物が好ましく、特
に、以下の導電性酸化物を含む材料が好ましい。

【０１０４】ＮａＣｌ型酸化物：ＴｉＯ, VO, NbO, RO
_1-x( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を
含む）、0 ≦x ＜１), LiVO₂等。

【０１０５】スピネル型酸化物： LiTi₂O₄, LiM_xT i_2-x
O₄( ここで、M=Li,Al,Cr, 0 ＜x ＜2), Li_1-xM_xTi₂O₄
(ここで、M=Mg, Mn, 0 ＜x ＜1), LiV₂O₄, Fe₃O₄,等。

【０１０６】ペロブスカイト型酸化物： ReO₃, WO₃, Mx
ReO₃( ここで、M 金属, 0 ＜x ＜0.5), MxWO₃(ここで、
M=金属, 0 ＜x ＜0.5), A₂P₈W₃₂O₁₁₂(ここで、A=K, Rb,
Tl), Na_xTa_yW_1-yO₃( ここで、0 ≦x ＜1, 0＜y ＜1),
RNbO₃(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を
含む）), Na_1-xSr_xNbO₃(ここで、0 ≦x ≦１), RTiO₃(
ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）), Ca_n+1Ti_nO_3n+1-y(ここで、n=2,3,... , y ＞0),
CaVO₃, SrVO₃, R_1-xSr_xVO₃( ここで、Ｒ：一種類以上
の希土類（ScおよびY を含む）、0 ≦x ≦１), R_1-xBa_x
VO₃(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）、0 ≦x ≦１), Sr_n+1V _nO_3n+1-y( ここで、n=1,2,
3 ...., y ＞0), Ba_n+1V_nO_3n+1-y( ここで、n=1,2,3
...., y ＞0),R₄BaCu₅O_13-y( ここで、Ｒ：一種類以上
の希土類（ScおよびY を含む）、0 ≦y), R₅SrCu₆ O
₁₅(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）), R₂SrCu₂O_6.2( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ScおよびY を含む）), R_1-xSr_xVO₃(ここで、Ｒ：一種
類以上の希土類（ScおよびY を含む）), CaCrO₃, SrCrO
₃, RMnO₃( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（Scおよび
Y を含む）), R_1-xSr_xMnO₃( ここで、Ｒ：一種類以上の
希土類（ScおよびY を含む）, 0 ≦x ≦１), R_1-xBa_xMn
O₃( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）, 0 ≦x ≦１) , Ca_1-xR_xMnO_3-y(ここで、Ｒ：一種
類以上の希土類（ScおよびY を含む）, 0 ≦x ≦１, 0
≦y), CaFeO₃, SrFeO₃, BaFeO₃, SrCoO₃, BaCoO₃, RCoO
₃(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）), R_1-xSr_xCoO₃( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ScおよびY を含む）, 0 ≦x ≦１), R_1-xBa_xCoO₃( こ
こで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）,
0 ≦x ≦１), RNiO₃( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ScおよびY を含む）), RCuO₃( ここで、Ｒ：一種類以
上の希土類（ScおよびY を含む）), RNbO₃( ここで、
Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）), Nb₁₂O
₂₉, CaRuO₃, Ca_1-xR_xRu_1-yMn_yO₃(ここで、Ｒ：一種類以
上の希土類（ScおよびY を含む）, 0 ≦x ≦１, 0 ≦y
≦１), SrRuO₃, Ca_1-xMg_xRuO₃(ここで、 0≦x ≦１),
Ca_1-xSr_xRuO₃( ここで、0 ＜x ＜1), BaRuO₃, Ca_1- _xBa_x
RuO₃( ここで、0 ＜x ＜1 ), (Ba, Sr)RuO₃, Ba_1-xK_xRu
O₃( ここで、 0＜x≦１), (R, Na)RuO₃( ここで、Ｒ：
一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）),(R, M)RhO₃
(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）, M=Ca, Sr, Ba), SrIrO₃, BaPbO₃, (Ba,Sr)PbO_3-y
( ここで、0 ≦y ＜1), BaPb_1-xBi_xO₃(ここで、0 ＜x
≦1), Ba_1-xK_xBiO₃(ここで、0 ＜x ≦1), Sr(Pb, Sb)O
_3-y( ここで、0 ≦y ＜1), Sr(Pb, Bi)O_3-y( ここで、0
≦y ＜1), Ba(Pb, Sb)O_3-y( ここで、0 ≦y ＜1), Ba
(Pb, Bi)O_3-y( ここで、0 ≦y ＜1), MMoO₃(ここで、M=
Ca,Sr, Ba), (Ba, Ca, Sr)TiO_3-x(ここで、0 ≦x),
等。

【０１０７】層状ペロブスカイト型酸化物（K₂NiF₄型を
含む）： R_n+1Ni_nO_3n+ ₁( ここで、Ｒ：Ba, Sr, 希土類
（ScおよびY を含む) のうち一種類以上, ｎ＝１〜５の
整数）,R_n+1Cu_nO_3n+1(ここで、Ｒ：Ba, Sr, 希土類（Sc
およびY を含む) のうち一種類以上, ｎ＝１〜５の整
数）, Sr₂RuO₄, Sr₂RhO₄, Ba₂RuO₄, Ba₂RhO₄, 等。

【０１０８】パイロクロア型酸化物：R₂V₂O_7-y( ここ
で、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）, 0
≦y ＜1), Tl₂Mn₂O_7-y( ここで、0 ≦y ＜1), R₂Mo₂O
_7-y(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）, 0 ≦y ＜1), R₂Ru₂O_7-y(ここで、Ｒ：Tl, Pb, B
i, 希土類（ScおよびY を含む) のうち一種類以上, 0
≦y＜1), Bi_2-xPb_xPt_2-x Ru_xO_7-y(ここで、0 ≦x ≦2,
0≦y ＜1), Pb₂(Ru, Pb)O_7- _y(ここで、0 ≦y ＜1), R₂R
h₂O_7-y(ここで、Ｒ：Tl, Pb, Bi, Cd, 希土類（Scおよ
びY を含む) のうち一種類以上, 0≦y ＜1), R ₂Pd₂O
_7-y( ここで、Ｒ：Tl,Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY
を含む) のうち一種類以上, 0 ≦y ＜1),R₂Re₂O_7-y( こ
こで、Ｒ：Tl, Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY を含
む) のうち一種類以上, 0≦y ＜1), R₂Os₂O_7-y(ここ
で、Ｒ：Tl, Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY を含む)
のうち一種類以上, 0≦y ＜1), R₂Ir₂O_7-y(ここで、
Ｒ：Tl, Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY を含む) のう
ち一種類以上, 0≦y ＜1), R₂Pt₂O_7-y(ここで、Ｒ：T
l, Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY を含む) のうち一
種類以上,0≦y ＜1)等。

【０１０９】その他の酸化物：R₄Re₆ O₁₉(ここで、Ｒ：
一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）), R₄Ru₆O
₁₉(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）), Bi₃Ru₃O₁₁, V₂O₃, Ti₂O₃, Rh₂O₃, VO₂, CrO₂, N
bO₂, MoO₂, WO₂, ReO₂, RuO₂, RhO₂, OsO₂, IrO₂, Pt
O₂, PdO₂, V₃O₅, V_nO_2n-1(n=4 から9 の整数), SnO
_2-x(ここで、0 ≦x ＜1), La₂Mo₂O₇, (M, Mo)O( ここ
で、M=Na, K, Rb, Tl), Mo_nO_3n-1(n=4, 8, 9, 10), Mo
₁₇O₄₇, Pd_1-xLi_xO(ここで、x ≦0.1)等。Ｉｎを含む酸
化物。

【０１１０】これらのうち特に、Ｉｎを含む酸化物また
は導電性ペロブスカイト酸化物が好ましく、特にＩｎ₂
Ｏ₃ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ （Ｓｎドープ）、ＲＣｏＯ₃ 、ＲＭｎ
Ｏ₃、ＲＮｉＯ₃ 、Ｒ₂ ＣｕＯ₄ 、（Ｒ，Ｓｒ）ＣｏＯ₃
、（Ｒ，Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ₃ 、（Ｒ，Ｓｒ）ＲｕＯ₃
、ＳｒＲｕＯ₃ 、（Ｒ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃ （Ｒは、Ｙお
よびＳｃを含む希土類）、およびそれらの関連化合物が
好ましい。

【０１１１】（００１）配向の強誘電体層を形成しよう
とする場合、電極層は正方晶（００１）単一配向である
か、立方晶（１００）単一配向であることが好ましく、
また、六方晶（０００１）配向の強誘電体層を形成しよ
うとする場合、電極層は（１１１）単一配向であること
が好ましく、いずれの場合でも電極層はエピタキシャル
膜であることがより好ましい。

【０１１２】正方晶（００１）配向または立方晶（１０
０）配向の電極層を形成しようとする場合、酸化物中間
層は（００１）配向であることが好ましく、（１１１）
配向の電極層を形成しようとする場合、酸化物中間層は
（１１１）配向であることが好ましい。ただし、電極層
が金属から構成される場合には、（００１）配向の酸化
物中間層上に（１１１）配向の電極層を形成することが
できる。電極層が金属から構成される場合に電極層を確
実に（００１）配向とするためには、上記したペロブス
カイト下地層を設けることが好ましい。

【０１１３】Ｓｉ単結晶基板、電極層および強誘電体層
の間の結晶軸方位関係は、ペロブスカイトまたはタング
ステンブロンズ［１００］//電極層［１００］//Ｓｉ
［０１０］であることが好ましい。また、面方位関係は
ペロブスカイトまたはタングステンブロンズ（００１）
//電極層（００１）//Ｓｉ（１００）であることが好ま
しい。なお、これは電極層が正方晶の場合であるが、電
極層が立方晶である場合でも、膜面内において軸同士が
平行であることが好ましいという点では同様である。

【０１１４】電極層の比抵抗は、１０^-7〜１０^-2Ωcmで
あることが好ましい。また、電極層は、超電導材料から
構成されていてもよい。

【０１１５】電極層の形成方法は特に限定されず、蒸着
法やスパッタ法等のいずれを用いてもよいが、好ましく
は蒸着法を用いる。そして、上記したような単一配向膜
やエピタキシャル膜とするためには、上記した特願平７
−２１９８５０号、特願平７−２４０６０７号、特願平
８−１８６６２５号等に開示されている方法を用いるこ
とが好ましい。

【０１１６】＜各層の結晶性、表面性および厚さ＞酸化
物中間層を構成する各層や電極層は、その上に形成され
る層の結晶性を向上させるために、結晶性が良好でかつ
表面が分子レベルで平坦であることが好ましい。また、
強誘電体層も、上記した理由により、高結晶性で表面が
平坦であることが好ましい。

【０１１７】各層の結晶性は、ＸＲＤ（Ｘ線回折）にお
ける反射ピークのロッキングカーブの半値幅や、ＲＨＥ
ＥＤによる像のパターンで評価することができる。ま
た、表面性は、ＲＨＥＥＤ像のストリーク性、およびＡ
ＦＭで測定した表面粗さ（十点平均粗さ）で評価するこ
とができる。

【０１１８】強誘電体層、電極層および酸化物中間層
は、Ｘ線回折による（００２）面の反射のロッキングカ
ーブの半値幅が１．５０°以下となる程度の結晶性を有
していることが好ましい。また、ＡＦＭにより測定され
る表面粗さＲｚ（十点平均粗さ、基準長さ５００nm）
は、酸化物中間層では好ましくは２nm以下、より好まし
くは０．６０nm以下であり、電極層では好ましくは１０
nm以下であり、強誘電体層では２nm以下、好ましくは
０．６０nm以下である。なお、このような表面粗さは、
各層の表面の好ましくは８０％以上、より好ましくは９
０％以上、さらに好ましくは９５％以上の領域で実現し
ていることが望ましい。上記表面粗さは、基板全面にわ
たって各層を形成したときに、面積１０cm² 以上の領域
にわたって平均に分布した任意の１０箇所以上を測定し
ての値である。本明細書において、薄膜表面の例えば８
０％以上でＲｚが２nm以下であるとは、上記のように10
箇所以上を測定したときにその８０％以上の箇所でＲｚ
が２nm以下であることを意味する。なお、表面粗さＲｚ
は、ＪＩＳＢ０６１０に規定されている。

【０１１９】ロッキングカーブの半値幅およびＲｚの下
限値は特になく、小さいほど好ましいが、現在のとこ
ろ、ロッキングカーブの半値幅の下限値は、一般に０．
７°程度、特に０．４°程度、上記Ｒｚの下限値は０．
１０nm程度である。

【０１２０】また、ＲＨＥＥＤ像がストリークであっ
て、しかもシャープである場合、各層の結晶性および表
面平坦性が優れていることになる。

【０１２１】電極層の厚さは、一般に好ましくは５０〜
５００nm程度であるが、結晶性および表面性が損なわれ
ない程度に薄いことが好ましい。

【０１２２】酸化物中間層の厚さは、一般に好ましくは
５〜５００nm、より好ましくは１０〜５０nmであるが、
結晶性、表面性を損なわない程度に薄いことが好まし
い。また、酸化物中間層を絶縁層として用いる場合の厚
さは、５０〜５００nm程度であることが好ましい。な
お、酸化物中間層を多層構成とする場合、各層の厚さは
０．５nm以上であることが好ましく、かつ酸化物中間層
全体の厚さは上記範囲とすることが好ましい。

【０１２３】また、本発明の記録媒体は、誘電体層上
に、保護層を形成したものであってもよい。図５には、
図４の構成において誘電体層１３上に保護層１６を有す
るものが示されている。

【０１２４】硬度の比較的高い保護層を設けることによ
り、プローブの衝突などによる強誘電体層表面の機械的
ダメージを防ぐことができる。保護層構成材料は、Zr
O₂, 安定化ジルコニア（例えばYSZ)、TiC, TiN, Ti(C,
N,O), CrC, CrN, SiC, Si₃N₄, c-BN(立方晶窒化ホウ
素）, ZrN, HfN, (Ti,Al)N, (Ti,Zr)N, (Ti,Nb)N, (Ti,
Hf)N, WC, W₂C, Al₂O₃, およびこれらの複合材など硬度
の高いものが好ましい。また、これらのほか、特に硬度
の高いDLC （ダイヤモンドライクカーボン）等が好まし
い。

【０１２５】保護層の厚さは、１〜１００nm程度が好ま
しい。あまり薄いと強誘電体層表面の保護が不十分にな
る。保護層が厚いほどその表面の平坦性が向上するが、
あまり厚くなると書き込みに要する電圧が大きくなり、
また読み出される容量信号も小さくなってしまう。

【０１２６】また、適度な導電性を有する保護層を設け
れば、上記した保護効果に加え、強誘電体層表面の電荷
が均一化されるため、強誘電体の焦電効果、結晶欠陥等
で強誘電体表面に局在的に発生する電荷の集中を防ぐこ
とが可能になる。したがって、集中電荷によるノイズお
よびプローブの破壊を防止することができる。この場合
の保護層の好ましい比抵抗範囲は、保護層の厚さによっ
ても異なるが一般に１０〜１０⁷ Ωcm、特に１００〜１
０⁷ Ωcmである。比抵抗が小さすぎると、導電性プロー
ブによりプローブされた領域以外に書き込み電圧が加わ
り、書き込みの際のビットサイズが大きくなり、またビ
ットのコントラストが小さくなってしまう。一方、比抵
抗が大きすぎると、上述した電荷の集中を防ぐ効果が不
十分となる。

【０１２７】ただし、比抵抗が１０Ωcm未満の導電性材
料、例えばＰｔなどであっても、保護層の厚さを好まし
くは０．５〜１０nm、より好ましくは１〜２nmと薄くす
れば、書き込みの際のビットサイズやビットのコントラ
ストへの影響は小さくなるので、保護層材料として使用
可能である。

【０１２８】硬度が高くかつ適度な導電性を有する材料
としては、ホウ素(B) ならびにシリコン(Si)および／ま
たはリン(P) を主成分とするものが挙げられるが、絶縁
性の高い材料に適当な元素をドープすることにより、適
度な導電性を得ることもできる。例えば、ＤＬＣにホウ
素(B) 等をドープすることにより、極めて高い硬度に加
え、適度な導電性を得ることができる。

【０１２９】なお、電荷の集中を防ぐためには、上記し
たような導電性の保護層を形成する方法に限らず、強誘
電体層表面を導電処理する方法を利用してもよい。導電
処理としては、例えば、強誘電体層表面における電子ま
たはホールの形成処理、すなわち表面準位形成処理など
が挙げられる。このような処理としては、例えば、Ｐｔ
等の導電性金属を、蒸着により原子単位で強誘電体層表
面に付着させる方法などが挙げられる。

【０１３０】保護層は、結晶化材料から構成されてもア
モルファス材料から構成されてもよいが、アモルファス
膜は、結晶化膜に比較して分子レベルでより平坦な表面
が得られ、これによりノイズが少なくなり高速動作が可
能となるので、好ましい。

【０１３１】このような保護層を有する記録媒体のその
ほかの構造、および記録再生方法は、保護層を設けない
場合と全く同様である。

【０１３２】本発明の記録媒体は、強誘電体層上あるい
は保護層上に潤滑層を形成したものであってもよい。図
６には、図４の構成において誘電体層１３上に潤滑層１
７を形成したものが示されている。

【０１３３】潤滑層を設けることにより、媒体表面の機
械的ダメージを防ぐことができる。

【０１３４】潤滑層１７の材質は、固体、液体、気体の
いずれであってもよい。潤滑性に優れる固体材料として
は、ステアリン酸等の飽和脂肪酸、フタロシアニン等の
染料、フッ素系樹脂等の高分子、カーボン、MoS₂、コバ
ルト・クロム酸化物等の無機物などが挙げられる。潤滑
性に優れる液体材料としては、水、有機溶剤、フッ素系
高分子、パーフルオロポリエーテル系、シリコン系、脂
肪族エステル系、流動パラフィン系の材料が挙げられ
る。

【０１３５】潤滑層は、用いる潤滑性材料の比抵抗に応
じて、上記した保護層と同様な効果も示す。

【０１３６】潤滑層の厚さは、通常、100nm 程度以下で
あることが好ましい。あまり厚くなると媒体への書き込
みに要する電圧が大きくなり、また、読み出される容量
信号も小さくなってしまう。潤滑層は薄くてもよいが、
連続膜として形成する場合は、通常５nm程度以上であ
る。ただし、連続膜である潤滑層を設ける替わりに、強
誘電体層表面を潤滑処理してもよい。潤滑処理として
は、例えば、フッ素を含むガスを用いて強誘電体層表面
をプラズマ処理する方法や、強誘電体層表面にステアリ
ン酸を吸着させる方法などが挙げられる。

【０１３７】なお、潤滑性の液体においての膜厚は、10
0nm を超えていてもよい。この場合、媒体上の液体膜内
にプローブは埋没し、液体内で信号検出を行う。したが
って、極端な場合には媒体、プローブを潤滑性液体内に
封入した情報処理装置としてもよい。すなわち、液体内
でのSTM 観察と同様である。

【０１３８】潤滑性に優れる気体材料としては、空気、
ヘリウム、アルゴン、減圧気体などが好ましいものとさ
れるが、潤滑性に優れる液体材料および気体材料、特に
気体材料については、静的には層構造を形成しない場合
が多い。

【０１３９】しかし、例えば後述するように、記録媒体
を回転し、浮上スライダーに搭載されたプローブにより
ビットを検出する情報処理装置においては、動作中、媒
体とプローブとの間には空隙が生じ、実質的に強誘電体
層上に気体層が形成された状態になる。本発明における
潤滑層は、このような気体層も含むものとする。

【０１４０】潤滑層を有する記録媒体のそのほかの構
造、および記録再生方法は、潤滑層を設けない場合と全
く同様である。

【０１４１】上述した本発明における潤滑層に関連し、
その応用としてプローブを浮上スライダーに搭載するこ
とによって記録媒体の強誘電体層上に潤滑性の気体層を
形成してもよい。このような構成の一例を図７に示す。
図７では、潤滑性の気体層を得るために、プローブ２０
を浮上スライダー１９に搭載し、記録媒体１８を回転さ
せる。このとき、記録媒体１８とプローブ２０との間に
は空隙が生じ、実質的に強誘電体層上に潤滑性の気体層
が形成された状態になる。

【０１４２】なお、図８に示されるように、浮上スライ
ダー１９にはプローブ２０が複数個（通常２〜１０⁴
個）搭載されていてもよい。

【０１４３】また、図９に示されるように、浮上スライ
ダー１９にプローブ２０を複数個（通常２〜１０⁴ 個）
搭載し、かつプローブが円形の回転媒体の半径線上に配
列する構成としてもよい。

【０１４４】図７〜図９において、プローブはSCaM（走
査型容量顕微鏡）プローブであることが好ましい。

【０１４５】また、回転媒体の直径は通常１０mm〜２０
cm程度であり、片面あたり５０〜５０００メガバイト程
度の情報量を記録させることができる。

【０１４６】このような構造を空気中で構成すれば、磁
気ヘッドの浮上スライダーと同様、100nm 程度の空隙が
生じ、動的に記録媒体上に潤滑性気体層が形成された状
態になる。さらに潤滑性気体層の厚さ、すなわちプロー
ブと媒体表面との距離は、スライダーの形状によること
はもちろんであるが、気体の種類、特にその粘度に大き
く依存する。したがって、媒体とスライダーとを減圧気
体中に封入すると前記距離は10nm程度まで小さくするこ
とが可能である。ただし、減圧気体の圧力は１０^-3Torr
以上とすることが好ましい。圧力が低すぎるとスライダ
ーの浮上が困難となる。気体としては、空気の他、ヘリ
ウム、アルゴンなどが好ましい。

【０１４７】なお、このような浮上スライダーは、気体
中だけでなく液体中でも使用可能である。この場合、プ
ローブと媒体との間には液体の潤滑層が介在することに
なる。液体中で使用する場合、気体中で使用する場合に
比べ媒体の回転数を遅くする。

【０１４８】このように気体や液体の潤滑層を設ける構
造は、強誘電体層の表面を潤滑性にすることと同様な効
果が得られ、したがって、繰り返しのデータ書き換えに
耐える高信頼性の情報処理装置が得られる。

【０１４９】なお、保護層と潤滑層とは併用してもよ
い。この場合、通常、保護層上に潤滑層を形成する。ま
た、保護層や潤滑層を多層構成としてもよい。

【０１５０】本発明の記録媒体をAFM またはSTM メモリ
ーに用いることで、ノイズが無くしかも繰り返しのデー
タ書き換えに耐える高信頼性の情報処理装置が提供でき
る。記録媒体を円盤状として回転させることにより走査
を行ってもよいし、媒体をアクチュエーターで駆動して
も、また、プローブをアクチュエーターで駆動してもよ
い。本発明による記録媒体はAFM またはSTM メモリ以外
にもSCaMの原理を応用した記憶装置用などの媒体として
も利用できる。

【０１５１】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。

【０１５２】実施例１図１に示すような情報処理装置を作製した。

【０１５３】この情報処理装置に搭載される記録媒体の
作製は、特願平７−２１９８５０号、特願平７−２４０
６０号の方法に準じ、以下のようにして行った。

【０１５４】酸化物薄膜を成長させる単結晶基板とし
て、その表面が（１１１）面となるように切断、鏡面研
磨したＳｉ単結晶ウエハーを用いた。鏡面表面は購入後
４０％フッ化アンモニウム水溶液により、エッチング洗
浄を行った。なお、Ｓｉ基板としては、直径２インチの
円形基板を用いた。

【０１５５】真空槽内に設置された回転および加熱機構
を備えた基板ホルダーに上記単結晶基板を固定し、真空
槽を１０^-6Torrまで油拡散ポンプにより排気した後、基
板洗浄面をＳｉ酸化物を用いて保護するため、基板を２
０rpm で回転させ、酸素を基板付近にノズルから２５cc
／分の割合で導入しつつ、６００℃に加熱した。ここ
で、基板の表面にＳｉ酸化物膜が熱酸化で形成される。
この方法で約１nmのＳｉ酸化物膜を形成した。

【０１５６】次いで、その後、基板を９００℃に加熱
し、回転させた。回転数は２０rpm とした。このとき、
ノズルから酸素ガスを２５cc／分の割合で導入し、前記
基板上に金属Ｚｒを蒸発源から蒸発させることにより、
Ｚｒ金属酸化物の膜厚に換算して５nmとなるように供給
し、１×１の表面構造を備えるＳｉ表面処理基板を得
た。

【０１５７】さらに、このＳｉ表面処理基板上に、基板
温度９００℃、基板回転数２０rpm、ノズルから酸素ガ
スを２５cc／分の割合で導入した状態で金属Ｚｒを蒸発
源から供給することにより、ＺｒＯ₂ 膜を前記処理基板
上に得た。

【０１５８】ひきつづき、ＺｒＯ₂ を形成した基板を９
００℃に加熱し回転させた。回転数は２０rpm とした。
このとき、ノズルから酸素ガスを２５cc／分の割合で導
入し、基板上に金属Ｍｎと金属Ｈｏとを蒸発源から蒸発
させることにより、ＨｏＭｎＯ₃ 膜を得た。ここで金属
Ｍｎと金属Ｈｏとの供給量比Ｈｏ／Ｍｎは、モル比で
１．０となるように制御した。

【０１５９】このようにしてSi(111)/ZrO₂(111)(50n
m)/HoMnO₃(0001)(100nm) のエピタキシャル構造の記録
媒体を得た。

【０１６０】次に、酸化物薄膜を成長させる単結晶基板
として、その表面が（１００）面となるように切断、鏡
面研磨したＳｉ単結晶ウエハーを用いた。鏡面表面は購
入後４０％フッ化アンモニウム水溶液により、エッチン
グ洗浄を行った。なお、Ｓｉ基板は、直径２インチの円
形基板を用いた。

【０１６１】真空槽内に設置された回転および加熱機構
を備えた基板ホルダーに上記単結晶基板を固定し、真空
槽を１０^-6Torrまで油拡散ポンプにより排気した後、基
板洗浄面をＳｉ酸化物を用いて保護するため、基板を２
０rpm で回転させ、酸素を基板付近にノズルから２５cc
／分の割合で導入しつつ、６００℃にて加熱した。ここ
で、基板の表面にＳｉ酸化物膜が熱酸化で形成される。
この方法で約１nmのＳｉ酸化物膜を形成した。

【０１６２】次いで、その後、基板を９００℃に加熱し
回転させた。回転数は２０rpm とした。このとき、ノズ
ルから酸素ガスを２５cc／分の割合で導入し、基板上に
金属Ｚｒを蒸発源から蒸発させることにより、Ｚｒ金属
酸化物の膜厚に換算して５nmとなるように供給し、１×
１の表面構造を備えるＳｉ表面処理基板を得た。

【０１６３】さらに、このＳｉ表面処理基板上に、基板
温度９００℃、基板回転数２０rpm、ノズルから酸素ガ
スを２５cc／分の割合で導入した状態で金属Ｚｒを蒸発
源から供給することにより、ＺｒＯ₂ 膜を前記処理基板
上に得た。

【０１６４】このようにして得られたZrO₂膜が形成され
たＳｉ単結晶基板を蒸着基板として、これらの蒸着基板
上に、基板温度９００℃、基板回転数２０rpm 、ノズル
から酸素ガスを２５cc／分の割合で導入した状態で金属
Baと金属Tiとを1:1 の割合で蒸発源から供給することに
より、BaTiO₃膜を前記蒸着基板上に得た。成膜初期に
は、ＴｉのみをＴｉＯ₂ 膜厚換算で０．５nm供給し、次
いで成膜速度を0.05nm/ｓとして2nm 成膜後、さらに成
膜速度を０．２nm/sに上げて形成した。

【０１６５】このようにしてSi(100)/ZrO₂(001)(50n
m)/BaTiO₃(001)(300nm)のエピタキシャル構造の記録媒
体を作製した。

【０１６６】また、の記録媒体においてＺｒＯ₂ 膜を
形成したのち、酸素は導入せず、Ｐｔ金属を蒸着しＰｔ
膜を形成するほかは同様にしてSi(111)/ZrO₂(111)(50
nm)/Pt(111)(100nm)/HoMnO₃(0001)(100nm)のエピタキシ
ャル構造の記録媒体を作製した。

【０１６７】のSi(111) 基板は、信号を大きくする目
的で、Siに分極電荷により空乏層を形成するため、p 型
で５Ωcmの半導体特性のものを用い、裏面にAlのオーミ
ック電極を形成し、記録媒体側の電極を取り出した。
のSi基板は0.01Ωcmのものを用い、Si基板自体が記録媒
体の電極になっている。においては、Ｐｔ膜が媒体の
電極で、リード線で電極を取り出した。得られた記録媒
体表面について、ＪＩＳＢ０６１０による十点平均粗
さＲｚ（基準長さＬ：500nm ）を測定したところ、で
は平均で0.42nm、最大で1.5nm 、最小で0.14nmであっ
た。では平均で0.50nm、最大で1.25nm、最小で0.35nm
であった。では平均で0.32nm、最大で1.3nm 、最小で
0.2nm であった。そして、共に、測定箇所の８０
％以上でＲｚが０．６nm以下であった。また、X 線回折
およびRHEED により、の媒体の各強誘電体層がエ
ピタキシャル膜であることを確認した。の媒体表面の
RHEED パターンを図10に、Ｘ線回折の結果を図11に示
す。の媒体表面のRHEED パターンを図12に、Ｘ線回折
の結果を図13に示す。

【０１６８】上記のように構成した情報処理装置を用
い、の媒体について、記録再生を行った。はじめ
に媒体の記録面に10V のDCバイアスを加えて分極方向を
そろえたのち、-10Vの電圧で50nm間隔で分極反転を行う
ことにより記録した。その後、容量センサーを用いた読
み出しを行った結果、ビットに対応した信号を得ること
ができた。また、比較のために多結晶で表面凹凸が50nm
以上の強誘電体を用いた記録媒体を評価した。評価を明
確にするため、図１の装置の信号を画像化し、書き込み
ビットの形状を観察した。従来例の多結晶の記録媒体で
は、星型、棒状、など不定形のビットとなった。すなわ
ち、書き込みビットがノイズにより変形していた。本発
明による媒体では、ビットが円形であった。ビットの大
きさは、の順に小さくなった。では約60nmφの
ビットであった。したがって、本発明によると、記録ビ
ットがノイズにより変形することなくよって安定な記録
再生が行えることが確認された。

【０１６９】実施例２実施例１の記録媒体と同様にして Si(100)/Y₂O₃(111)(50nm)/HoMnO₃(0001)(100nm) のエ
ピタキシャル構造の記録媒体、 Si(100)/ZrO₂(001)(50nm)/Pt(111)(100nm)/HoMnO₃(00
01)(100nm)のエピタキシャル構造の記録媒体、 Si(111)/Y₂O₃(111)(50nm)/Pt(111) (100nm)/HoMnO₃(0
001)(100nm) のエピタキシャル構造の記録媒体、 Si(100)/ZrO₂(001)(50nm)/BaTiO₃(001)(100nm)/Pt(00
1)(100nm)/BaTiO₃(001)(100nm)のエピタキシャル構造の
記録媒体を作製した。のSi(111) 基板は、信号を大きくする目
的で、Siに分極電荷により空乏層を形成するため、p 型
で５Ωcmの半導体特性のものを用い、裏面にAlのオーミ
ック電極を形成し、記録媒体側の電極を取り出した。
においては、Pt層が媒体の電極で、リード線で電極
を取り出した。得られた記録媒体表面を、ＪＩＳＢ０
６１０による十点平均粗さＲｚ（基準長さＬ：500nm ）
を測定したところ、では平均で0.55nm、最大で1.5nm
、最小で0.13nmであった。では平均で0.43nm、最大
で1.4nm 、最小で0.3nm であった。では平均で0.40n
m、最大で1.2nm 、最小で0.3nm であった。では平均
で0.37nm、最大で1.5nm 、最小で0.2nm であった。そし
て、共に、測定箇所の８０％以上でＲｚが０．
６nm以下であった。また、X 線回折およびおよびRHEED
により、〜の媒体の各強誘電体層がエピタキシャル
膜であることを確認した。

【０１７０】この情報処理装置を用い、実施例１と全く
同様に、〜の媒体において、記録再生を行った結
果、ビットは円形であった。ビットの大きさは、
の順に小さくなった。では約60nmφのビットであっ
た。したがって、本発明によると、記録ビットがノイズ
により変形することなく、よって安定な記録再生が行え
ることが確認された。

【０１７１】実施例３図５に示すように、実施例１のの記録媒体にさらにDL
C の保護層を5nm の厚さに形成し、−Ａの記録媒体を
得た。保護層は、プラズマCVD を用いたカソードカップ
リングによる方法により形成した。真空槽内にCH₄+H₂の
ガスを1 ×１０ ^-1torr導入し、200Wのrf電力を投入し、
室温で形成し、記録媒体とした。なお、DLC 保護層を10
0nm の厚さに形成した試料では、DLC 保護層がアモルフ
ァスで絶縁体であることがわかっている。

【０１７２】この−Ａの媒体を用い、の媒体ととも
に、実施例１と同様に記録再生を行った。再生を10⁵ 回
行った後、そのビットの形状を調べた。DLC 保護層を形
成しないの媒体では、形状は円形をしていたが、ビッ
トの端面から中央部に対しコントラストが現れ、ビット
の周縁部が消えていることが確認された。このようにビ
ットの周縁部が消失すると、信号強度が弱くなり、再生
が不可能となってしまう。また、ビット以外の領域に
は、プローブの接触によるとみられるノイズがみられ
た。一方、本実施例の−Ａの媒体では、ビットは円形
で記録直後に対し変化はみられなかった。さらに、ビッ
ト以外の領域にもノイズはみられず、プローブの衝突な
どによる機械的ダメージにも強いことが判明した。

【０１７３】実施例４図５に示すように、実施例１のの記録媒体にさらに、
B 、P およびSiを含む保護層を10nmの厚さに形成し、
−Ｂの記録媒体を得た。この保護層は、グロー放電分解
（プラズマ分解）法により形成した。原料ガスとして、
BH₃ 、PH₃ およびSiH₄を１０：３：７の割合で水素をキ
ャリヤーとして真空槽内に０．２Torr導入し、300Wの r
f 電力を投入し、室温で形成し、記録媒体とした。な
お、同組成の保護層を200nm の厚さに形成した試料で
は、保護層はアモルファスで、抵抗率が５×１０⁶ Ωcm
であることをあらかじめ確認している。保護層の組成
は、蛍光Ｘ線分析で分析してＢ：Ｐ：Ｓｉ＝１０：３．
２５：８．０３であった。

【０１７４】この−Ｂ媒体を用い、の媒体ととも
に、実施例１と同様に記録再生を行なったところ、良好
な書き込み読み出しを確認した。さらに保護層を形成し
ないの媒体で再生を10⁹ 回行った後、AFM プローブを
観察するとその先端部が破壊していた。一方、本実施例
の−Ｂの媒体では、再生を10⁹ 回行った後でもAFM プ
ローブに変化はみられず安定に読み出しが行えた。プロ
ーブの破壊は、強誘電体の焦電効果、結晶欠陥等で強誘
電体層表面に局在的に発生する電荷の集中によるものと
考えられる。本実施例の保護層は局所的に発生する電荷
を分散させる効果がある。

【０１７５】実施例５図６に示すように、実施例１のの記録媒体にさらに固
体潤滑材として、フタロシアニンの潤滑層を5nm の厚さ
に形成し、−Ｃの記録媒体を得た。フタロシアニン膜
は、蒸着装置を用い、フタロシアニンを抵抗加熱により
蒸発させ、室温で形成した。

【０１７６】この−Ｃの媒体を用い、の媒体ととも
に、実施例１と同様に記録再生を行った。再生を10⁵ 回
行った後、そのビットの形状を調べた。潤滑層を形成し
ないの媒体では、実施例３と同様に、形状は円形をし
ていたが、ビットの端面から中央部に対しコントラスト
が現れ、ビットの周縁部が消えていることが確認され
た。また、ビット以外の領域には、プローブの接触によ
るとみられるノイズがみられた。一方、本実施例の−
Ｃの媒体では、ビットは円形で記録直後に対し変化はみ
られなかった。さらに、ビット以外の領域にもノイズは
みられずプローブの衝突などによる機械的ダメージもう
けていないことが判明した。

【０１７７】実施例６実施例１のの記録媒体をフッ素系オイルにディップ
し、−Ｄの記録媒体とした。この状態で厚さ約２μm
の液体層が媒体表面にコートされた状態となっている。
ここでプローブは、液体内に埋没し、液体中におけるビ
ット信号の検出を行う。

【０１７８】この−Ｄの媒体を用い、の媒体ととも
に、実施例１と同様に記録再生を行った。実施例３で述
べたように、再生を10⁵ 回行った後、そのビットの形状
を調べた。液体層を形成しない媒体では、形状は円形を
していたが、ビットの端面から中央部に対しコントラス
トが現れ、ビットの周縁部が消えていることが確認され
た。また、ビット以外の領域には、プローブの接触によ
るとみられるノイズがみられた。一方、液体層を形成し
た本実施例の−Ｄの媒体では、ビットは円形で記録直
後に対し変化はみられなかった。さらに、ビット以外の
領域にもノイズはみられずプローブの衝突などによる機
械的ダメージもうけていないことが判明した。

【０１７９】実施例７図７に示すように、浮上スライダー１９に搭載された容
量プローブ２０と、回転する記録媒体１８（実施例１の
の記録媒体）とを用い、記録再生を行った。記録媒体
に２点のみのビットを形成し、このビット上を通過する
ときに検出されるプローブ信号をモニターした。浮上ス
ライダー上に搭載せず、通常のプローブのみでは、媒体
の１回転でプローブ先端が破壊した。一方の本実施例の
浮上スライダーを用いたプローブでは、破壊は見られ
ず。1000回以上の信号読みとりが可能であった。

【０１８０】実施例８実施例１と同様にして、Si(100)/ZrO₂(001)(50nm)/Ba
TiO₃(001)(100nm)/Pt(001)(100nm)/SBN(001)(300nm) の
エピタキシャル構造の記録媒体を作製した。ＳＢＮ膜
は、Si(100)/ZrO₂(001)(50nm)/BaTiO₃(001)(100nm)/Pt
(001)(100nm) 構造を基板とし、基板温度を７００℃と
し、基板を２０rpm で回転させながら、ノズルから酸素
ガスを２５cc／分の割合で導入した状態で、金属Ｓｒ、
金属Ｂａおよび金属Ｎｂを０．２５：０．７５：２の割
合で蒸発源から供給することにより形成した。

【０１８１】このＳＢＮ膜の組成を蛍光Ｘ線分析により
調べたところ、モル比でＳｒ：Ｂａ：Ｎｂ＝８．４：２
５．２：６６．４であった。この媒体表面のＲＨＥＥＤ
パターンを図１４に、Ｘ線回折の結果を図１５に示す。
図１４、１５から、このＳＢＮ膜が単一配向膜であるこ
とがわかる。また、ＡＦＭにより測定したＳＢＮ膜表面
の起伏パターンを図１６に示す。ＳＢＮ膜表面の十点平
均粗さＲｚを上記実施例と同様にして測定したところ、
平均で２５．２nmであった。

【０１８２】次に、ＳＢＮ膜表面を平坦化するため、メ
カノケミカル研磨を行った。この研磨は、通常のＳｉウ
エハ研磨に用いる方法に準じて行った。具体的には、強
アルカリ液中にコロイダルシリカを分散させた研磨材と
研磨布とを使用する方法であり、アルカリによる化学研
磨とシリカによる機械研磨とを組み合わせたものであ
る。研磨後のＳＢＮ膜表面のＡＦＭによる起伏パターン
を図１７に示す。研磨後のＳＢＮ膜表面十点平均粗さＲ
ｚを上記と同様にして測定したところ、平均で1.40nm、
最大で1.85nm、最小で0.40nmであり、平坦化がなされた
ことが確認された。ＳＢＮ膜の厚さを測定することによ
り削り代を求めたところ、約１００nmであった。

【０１８３】研磨後の媒体に対し、実施例１と同様に記
録再生を行ったところ、記録ビットは円形であって表面
凹凸の影響による変形は見られず、安定な記録再生が可
能であった。

【０１８４】＜実施例９＞まず、上記実施例と同様にし
て、Si(100)/ZrO₂(001)(10nm)/BaTiO₃(001)(50nm)/Pt(0
01)(100nm)エピタキシャル構造を作製し、これを基板と
して６００℃に加熱し、２０rpm で回転させた。そし
て、ＥＣＲ酸素源からラジカル酸素ガスを１０cc／分の
割合で導入し、基板上にＰｂＯ、ＴｉＯ_x （ｘ＝１．６
７）およびＰｒをそれぞれの蒸発源から蒸発させること
により、Ｐｂ−Ｐｒ−Ｔｉ複合酸化物（ＰＰＴ）からな
る膜厚３００nmの強誘電体層を形成し、媒体を得た。形
成されたＰＰＴ薄膜の組成を蛍光Ｘ線分析により調べた
ところ、（Ｐｂ＋Ｐｒ）／Ｔｉ＝１．００、Ｐｂ／（Ｐｂ＋Ｐｒ）＝０．９２であった。

【０１８５】この媒体に、空気中において７５０℃で１
０分間アニールを施したものを媒体−１とし、空気中
において５５０℃で１０分間アニールを施したものを媒
体−２とした。また、これらの他、強誘電体層の厚さ
を５０nmとした以外は媒体−１と同様にして媒体を
作製した。媒体−１、−２およびのＸ線回折の結
果を、それぞれ図１８、図１９および図２０に示す。媒
体−１では（００１）配向と（１００）配向とが混在
している。これに対し、強誘電体層の厚さは同じである
がアニール温度を低くした媒体−２、およびアニール
温度は同じであるが強誘電体層を薄くした媒体では、
媒体−１でみられた（１００）ピークが消失し、強誘
電体層が（００１）単一配向となっていることがわか
る。また、ＲＨＥＥＤパターンから、媒体−２および
媒体の各強誘電体層がエピタキシャル膜であることが
確認された。また、各媒体の強誘電体層について、上記
と同様にしてＲｚを測定したところ、全ての媒体で測定
箇所の８０％以上においてＲｚが２nm以下であったが、
Ｒｚの最小値は、単一配向膜ではない媒体−１では
１．３８nmであったのに対し、媒体−２では１．２nm
と平坦になっており、また、強誘電体層が薄い媒体で
は１．０nmであり、より平坦であった。

【０１８６】また、書き込みビットの形状は全ての媒体
で円形であり、かつビットの大きさの最小値はいずれも
約60nmφであったが、媒体−１では、ビット形成のた
めに電圧を加えた箇所の半数以上でビットが形成されて
いなかった。ビット形成が不可能であった箇所は、（１
００）配向領域に相当すると考えられる。

【０１８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の記録媒体
の強誘電体層は、結晶軸が単一配向している薄膜でかつ
その表面が分子レベルで平坦である。したがって、AFM
またはSTM メモリーで必要とされる極めて高い平滑度を
有し、かつ結晶性も均一であるため、ビットを形成した
場合ノイズが少なく高速動作が可能となる。また、強誘
電体層の表面に保護層や潤滑層を形成することにより、
繰り返しのデータ書き換えに耐える高信頼性の記録媒体
が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報処理装置の構成例を模式的に示す
説明図である。

【図２】本発明の記録媒体の構成の一例を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の記録媒体の構成の他の一例を示す断面
図である。

【図４】本発明の記録媒体の構成のさらに他の一例を示
す断面図である。

【図５】本発明の保護層を備える記録媒体の構成の一例
を示す断面図である。

【図６】本発明の潤滑層を備える記録媒体の構成の一例
を示す断面図である。

【図７】本発明の情報処理装置における浮上スライダー
に搭載されたプローブおよび記録媒体部分の構成の一例
を示す斜視図である。

【図８】本発明の情報処理装置における浮上スライダー
に搭載されたプローブおよび記録媒体部分の構成の他の
一例を示す斜視図である。

【図９】本発明の情報処理装置における浮上スライダー
に搭載されたプローブおよび記録媒体部分の構成のさら
に他の一例を示す斜視図である。

【図１０】Si(111)/ZrO₂(111)/HoMnO₃(0001)エピタキシ
ャル構造の記録媒体表面の表面結晶構造を示す図面代用
写真であって、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から電
子線を入射した場合のＲＨＥＥＤパターンを示す図であ
る。

【図１１】Si(111)/ZrO₂(111)/HoMnO₃(0001)のエピタキ
シャル構造の２θ−θＸ線回折図である。

【図１２】Si(001)/ZrO₂(001)/BaTiO₃(001) エピタキシ
ャル構造の記録媒体表面の表面結晶構造を示す図面代用
写真であって、Ｓｉ単結晶基板の[110] 方向から電子線
を入射した場合のＲＨＥＥＤパターンを示す図である。

【図１３】Si(001)/ZrO₂(001)/BaTiO₃(001) エピタキシ
ャル構造の２θ−θＸ線回折図である。

【図１４】Si(100)/ZrO₂(001)/BaTiO₃(001)/Pt(001)/SB
N(001)構造の記録媒体表面の表面結晶構造を示す図面代
用写真であって、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から
電子線を入射した場合のＲＨＥＥＤパターンを示す図で
ある。

【図１５】Si(100)/ZrO₂(001)/BaTiO₃(001)/Pt(001)/SB
N(001)構造の２θ−θＸ線回折図である。

【図１６】薄膜を表わす図面代用写真であって、ＡＦＭ
により測定されたSi(100)/ZrO₂(001)/BaTiO₃(001)/Pt(0
01)/SBN(001)構造におけるSBN 膜表面の起伏パターンで
ある。

【図１７】薄膜を表わす図面代用写真であって、図１６
のSBN 膜表面を研磨した後にＡＦＭにより測定されたSB
N 膜表面の起伏パターンである。

【図１８】Si(100)/ZrO₂(001)/BaTiO₃(001)/Pt(001)/PP
T 構造（ＰＰＴ膜の厚さ３００nm）を７５０℃でアニー
ルした後の２θ−θＸ線回折図である。

【図１９】Si(100)/ZrO₂(001)/BaTiO₃(001)/Pt(001)/PP
T 構造（ＰＰＴ膜の厚さ３００nm）を５５０℃でアニー
ルした後の２θ−θＸ線回折図である。

【図２０】Si(100)/ZrO₂(001)/BaTiO₃(001)/Pt(001)/PP
T 構造（ＰＰＴ膜の厚さ５０nm）を７５０℃でアニール
した後の２θ−θＸ線回折図である。

【符号の説明】１導電性AFM プローブ２記録媒体３ XY走査駆動機構７容量センサ８ロックインアンプ９レーザービーム１０変位検知フォトディテクター１１オーミック電極１２１半導体基板１２２導電性基板１２３基板１３強誘電体層１５電極層１６保護層１７潤滑層１８記録媒体１９浮上スライダー２０プローブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強誘電体の分極反転を利用して情報を記
録する記録媒体であって、基板上に、結晶軸が単一配向
した強誘電体層を有し、この強誘電体層の表面の少なく
とも８０％が、基準長さ５００nmでの十点平均粗さＲｚ
が２nm以下である記録媒体。
【請求項２】前記基板がＳｉ（１１１）面またはＳｉ
（１００）面を表面に有するＳｉ単結晶である請求項１
の記録媒体。
【請求項３】前記基板がＳｉ（１００）面を表面に有
するＳｉ単結晶から構成され、前記強誘電体層が、ペロ
ブスカイト型材料から構成される（００１）単一配向膜
であるか、タングステンブロンズ型材料から構成される
（００１）単一配向膜であるか、希土類元素（Ｓｃおよ
びＹを含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶ＹＭｎＯ₃ 結
晶構造をもつ酸化物材料から構成される（０００１）単
一配向膜である請求項２の記録媒体。
【請求項４】前記基板がＳｉ（１１１）面を表面に有
するＳｉ単結晶から構成され、前記強誘電体層が、希土
類元素（ＳｃおよびＹを含む）とＭｎとＯとを含み、六
方晶ＹＭｎＯ₃ 結晶構造をもつ酸化物材料から構成され
る（０００１）単一配向膜である請求項２の記録媒体。
【請求項５】前記強誘電体層がエピタキシャル膜であ
る請求項３または４の記録媒体。
【請求項６】前記強誘電体層と前記基板との間に、単
一配向の酸化物中間層を有し、この酸化物中間層が、酸
化ジルコニウム系層および／または希土類酸化物系層を
含み、前記酸化ジルコニウム系層が、酸化ジルコニウム
または希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）により安定化
された酸化ジルコニウムから構成されるものであり、前
記希土類酸化物系層が、希土類元素（ＳｃおよびＹを含
む）酸化物から構成されるものである請求項２〜５のい
ずれかの記録媒体。
【請求項７】前記基板がＳｉ（１００）面を表面に有
し、前記酸化物中間層が正方晶または単斜晶（００１）
単一配向膜または立方晶（１００）単一配向膜である酸
化ジルコニウム系層を含むか、前記酸化物中間層が（１
１１）単一配向膜である希土類酸化物系層を含む請求項
６の記録媒体。
【請求項８】前記基板がＳｉ（１１１）面を表面に有
し、前記酸化物中間層が（１１１）単一配向である酸化
ジルコニウム系層を含むか、前記酸化物中間層が（１１
１）単一配向である希土類酸化物系層を含む請求項６の
記録媒体。
【請求項９】前記基板と前記強誘電体層との間または
前記基板と前記酸化物中間層との間に、結晶軸が単一配
向した電極層を有する請求項１〜８のいずれかの記録媒
体。
【請求項１０】前記強誘電体層が、ペロブスカイト型
材料から構成される（００１）単一配向膜であるか、タ
ングステンブロンズ型材料から構成される（００１）単
一配向膜であり、前記電極層が正方晶（００１）単一配
向膜であるか、立方晶（１００）単一配向膜である請求
項９の記録媒体。
【請求項１１】前記強誘電体層が、希土類元素（Ｓｃ
およびＹを含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶ＹＭｎＯ
₃ 結晶構造をもつ酸化物材料から構成される（０００
１）単一配向膜であり、前記電極層が（１１１）単一配
向膜である請求項９の記録媒体。
【請求項１２】前記電極層が金属または導電性酸化物
から構成される請求項９〜１１のいずれかの記録媒体。
【請求項１３】前記金属が、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒ
ｅ，Ｐｄ，ＲｈおよびＲｕの１種以上を含み、前記導電
性酸化物が、Ｉｎを含む酸化物またはペロブスカイト酸
化物である請求項１２の記録媒体。
【請求項１４】前記基板が導電性である請求項１〜８
のいずれかの記録媒体。
【請求項１５】前記基板が半導体であり、強誘電体層
の分極反転に伴い、基板に空乏層が形成される請求項１
〜８のいずれかの記録媒体。
【請求項１６】強誘電体の分極反転を利用して情報を
記録する記録媒体であって、基板上に強誘電体層を有
し、この強誘電体層表面に導電処理が施された記録媒
体。
【請求項１７】強誘電体の分極反転を利用して情報を
記録する記録媒体であって、基板上に強誘電体層を有
し、この強誘電体層上に保護層を有する記録媒体。
【請求項１８】前記保護層の比抵抗が１０〜１０⁷ Ω
cmである請求項１７の記録媒体。
【請求項１９】前記保護層がアモルファスである請求
項１７または１８の記録媒体。
【請求項２０】請求項１〜１５のいずれかの構成を有
する請求項１６〜１９のいずれかの記録媒体。
【請求項２１】基板上に強誘電体層を有し、強誘電体
の分極反転を利用して情報を記録する記録媒体であっ
て、前記強誘電体層側の表面に潤滑性物質から構成され
る潤滑層を有するか、前記強誘電体層側の表面に潤滑処
理が施されている記録媒体。
【請求項２２】前記潤滑性物質が固体潤滑材である請
求項２１の記録媒体。
【請求項２３】前記潤滑性物質が液体潤滑材である請
求項２１の記録媒体。
【請求項２４】前記潤滑性物質が気体潤滑材である請
求項２１の記録媒体。
【請求項２５】請求項１〜２０のいずれかの構成を有
する請求項２１〜２４のいずれかの記録媒体。
【請求項２６】前記強誘電体層の厚さが５〜７０nmで
ある請求項１〜２５のいずれかの記録媒体。
【請求項２７】請求項１〜２６のいずれかの記録媒体
を製造する方法であって、前記強誘電体層に３００〜６
００℃でアニールを施す工程を有する記録媒体の製造方
法。
【請求項２８】請求項１〜２６のいずれかの記録媒体
を製造する方法であって、前記強誘電体層表面を機械的
および／または化学的に研磨する工程を有する記録媒体
の製造方法。
【請求項２９】前記強誘電体層を研磨した後、３００
〜８５０℃でアニールを施す工程を有する請求項２８の
記録媒体の製造方法。
【請求項３０】請求項１〜２６のいずれかの記録媒体
を有する情報処理装置。
【請求項３１】記録媒体に対し書き込みおよび読み出
しを行うためのブローブが浮上スライダーに搭載されて
いる請求項３０の情報処理装置。