JPH09265676A

JPH09265676A - 記録媒体

Info

Publication number: JPH09265676A
Application number: JP8072932A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kamei; 隆広亀井; Takeshi Kobayashi; 健小林; Hidemi Tomita; 秀実富田; Ichiro Fujiwara; 一郎藤原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】走行性、耐摩耗性、耐久性に優れ、また、針
状電極の摩耗も抑制できるような構成を有する超高密度
記録が可能な記録媒体を提供する。【解決手段】基板１１上に、電子またはホールのトラ
ップが存在する電荷蓄積層１３が形成されてなり、針状
電極を接触させて前記トラップへの電荷の移動を行うこ
とにより情報の記録がなされ、針状電極を接触させて容
量変化を検出することにより情報の再生がなされる記録
媒体において、少なくとも針状電極との接触面に両親媒
性化合物が保持させる。なお、電荷蓄積層１３は、酸化
シリコン膜１４、窒化シリコン膜１５、酸化シリコン膜
１６がこの順に積層されたものであって好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子またはホール
のトラップへの電荷の移動により情報の記録がなされ
る、超高密度記録が可能な記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ランダムアクセスが可能な記
録媒体として、磁気記録媒体、光記録媒体、半導体メモ
リ等が用いられているが、近年では、これらの記録媒体
に対して、大容量化、高速アクセス化への要求が益々高
まっている。

【０００３】例えば、半導体メモリにおいては、その集
積度が年々向上している。しかしながら、半導体メモリ
の製造技術、例えばフォトリソグラフィ技術には限界が
あることから、半導体メモリのさらなる微細化を図るこ
とは容易でない。このため、このような半導体メモリに
おいては、高精細度の画像情報の記録に要求される３Ｇ
バイト以上の大容量化を達成するには至っていない。

【０００４】一方、光記録媒体、磁気記録媒体において
大容量化を図るためには、単位記録領域を小さくして記
録密度を向上させることが必要である。例えば、光記録
媒体においては、記録密度を向上させるために、光源の
単波長化が図られている。しかしながら、光源として波
長５００ｎｍ付近の半導体レーザーが使用できたとして
も、実際には光の回折限界等の影響を受けるために、単
位記録領域を１００ｎｍ以下まで縮小することは難し
い。また、磁気記録媒体、特にハードディスクにおいて
は、磁気抵抗効果型磁気ヘッドの開発により記録密度の
向上が著しいが、単位記録領域を１００ｎｍ以下まで縮
小すると、十分な感度を得ることが困難となる。

【０００５】ところで、種々の材料の微細表面形状を解
析する装置としては、原子分子レベルの空間分解能を持
つ走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＴ
ｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｏｒｏｓｃｏｐｅ）、原子間
力顕微鏡（ＡＦＭ：ＡｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃ
ｒｏｓｃｏｐｅ）が知られている。ＡＦＭは、試料とカ
ンチレバーチップとの原子間相互作用を用いて解析を行
うものであり、近年では、種々の物理量を用いて解析を
行う走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ
ＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）として発展して
いる。そして、このような原子、分子にアクセスする手
段は、高密度記録の分野でも注目され始めている。

【０００６】例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジックス（ＪｏｕｒｍａｌｏｆＡｐｐＩｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ）、１９９１年、７０号、２７２５〜
２７３３頁には、ＡＦＭの発展系である走査型容量顕微
鏡（ＳＣＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＣａｐａｃｉｔａｎｃ
ｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、Ｓｉ基板上にＳ
ｉＯ₂ 膜およびＳｉＮ膜が形成された構造（いわゆるＮ
ＯＳ構造）の記録媒体に対する情報の記録／再生が可能
である旨、開示されている。また、ＳＣＭを用いて、Ｎ
ＯＳ構造のディスク状記録媒体からの情報の再生を行っ
た例についても、検討結果が報告されている。

【０００７】これらＮＯＳ構造の記録媒体に対する記録
／再生は、Ｓｉ基板とＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面のトラップ
との間での電荷が移動することを利用して行われる。例
えば、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂ 膜、ＳｉＮ膜、電極層がこ
の順に設けられた記録媒体を構成し、この記録媒体に電
極層側から正電圧を印加すると、Ｓｉ基板中の電子が、
ＳｉＯ₂ 膜をトンネルしてＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面に存在
するトラップに蓄積される。一方、ＳｉＮ膜上から負電
圧を印加すると、ＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面にトラップされ
ている電子が、ＳｉＯ₂ 膜をトンネルしてＳｉ基板側に
逆注入され、この結果、ＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面のトラッ
プに存在する電子が欠乏する。このようにして、記録媒
体へ電気パルスを印加すれば、電荷の移動により記録、
消去が行えるのである。また、この記録媒体から記録情
報を再生するには、この記録媒体の静電容量の変化を検
出すればよい。

【０００８】なお、電荷を移動させるために電圧を印加
する際、静電容量の変化を検出する際には、ＳＰＭ等に
おける針状電極を記録媒体表面に接触させればよい。

【０００９】このような電荷蓄積型の記録媒体において
は、現在実用化ないしは研究、開発がなされている光記
録媒体あるいは磁気記録媒体では達成不可能な高密度記
録も可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た電荷蓄積型の記録媒体に対してヘッドとして用いられ
る針状電極は、その先端が原子１個ほどの大きさで形成
されたものであるため、記録媒体表面との接触により非
常に摩耗しやすい。また、記録媒体表面も針状電極との
接触により傷付きやすい。このため、電荷蓄積型の記録
媒体に対して記録／再生を繰り返すと、記録密度、再生
感度等が経時的に劣化する傾向があった。

【００１１】そこで、従来の係る実情を鑑みて、本発明
においては、走行性、耐摩耗性、耐久性に優れ、また、
針状電極の摩耗も抑制できるような構成を有する記録媒
体を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するものであり、基板上に、電子またはホールのト
ラップが存在する電荷蓄積層が形成されてなり、針状電
極を接触させて前記トラップへの電荷の移動を行うこと
により情報の記録がなされ、針状電極を接触させて容量
変化を検出することにより情報の再生がなされる記録媒
体において、少なくとも針状電極との接触面に、化３ま
たは化４に示される両親媒性化合物が保持されているも
のである。

【００１３】

【化３】

【００１４】

【化４】

【００１５】このような両親媒性化合物は、良好な潤滑
作用を発揮して、摩擦係数を低減させる効果を有する。
また、この潤滑作用は、低温下等の厳しい条件下でも損
なわれることがない。さらに、極めて薄く塗布しても良
好な潤滑作用が発揮されるため、両親媒性化合物を保持
させることでスペーシング・ロスを増大させることもな
い。このため、接触面に上述の両親媒性化合物を保持さ
せた記録媒体は、走行性、耐摩耗性、耐久性に優れたも
のとなる。また、この記録媒体と接触する針状電極の摩
耗も抑制できる。

【００１６】ここで、前記基板はシリコンよりなり、前
記電荷蓄積層は酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化
シリコン膜がこの順に積層されたものであって好適であ
る。このような構成の電荷蓄積層においては、酸化シリ
コン膜／窒化シリコン膜界面、窒化シリコン膜／酸化シ
リコン膜界面といった２つのヘテロ界面に、電子または
ホールのトラップが高密度に存在する。このため、所定
領域におけるトラップへの電荷の移動を行うことによ
り、情報の記録および消去を行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施の形態について詳細に説明する。

【００１８】図１に示されるように、本実施の形態に係
る記録媒体１０は、基板１１上に電荷蓄積層１３、潤滑
剤層１７が設けられ、基板１１の電荷蓄積層１３が設け
られた面とは反対側に下部電極層１２が設けられてな
る。

【００１９】基板１１としては、Ｓｉ基板、Ａｌ₂Ｏ₃
基板等が使用できるが、ここでは、Ｓｉ基板を用いた。

【００２０】電荷蓄積層１３は、電子またはホールのト
ラップを有し、ここに電荷の蓄積が可能なものである。
この電荷蓄積層１３としては、電荷を蓄積できる金属酸
化物、金属窒化物がいずれも使用でき、例えば、金属窒
化物としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）の他、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）等が使用できるが、ここでは、酸化
シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜１４、窒化シリコン（ＳｉＮ）
膜１５、酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜１６の積層体とし
た。

【００２１】なお、ＳｉＯ₂ 膜１４の膜厚は２〜５ｎ
ｍ、ＳｉＮ膜１５の膜厚は１０〜１５ｎｍ、ＳｉＯ₂ 膜
１６の膜厚は２〜５ｎｍとなされて好適である。また、
この電荷蓄積層１３の各構成膜１４、１５、１６は、そ
れぞれ例えば熱酸化法、スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ
（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａ
ｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線蒸着法、通
常の蒸着法、レーザアブレーション法、ゾルゲル法、ス
ピンコート法等によって成膜することができる。ここで
は、ＳｉＯ₂ 膜１４、ＳｉＮ膜１５、ＳｉＯ₂ 膜１６
を、プラズマＣＶＤ法により、それぞれ順に、２ｎｍ、
１０ｎｍ、４ｎｍの膜厚にて成膜した。

【００２２】潤滑剤層１７は、化５または化６に示され
る両親媒性化合物よりなる塗膜である。

【００２３】

【化５】

【００２４】

【化６】

【００２５】なお、これら両親媒性化合物は、単独で用
いられても、２種以上が併用されてもよい。

【００２６】このような両親媒性化合物の塗膜を形成す
る方法としては、スピンコート法、ディッピング法、蒸
着法等が挙げられる。また、塗布量としては、０．５〜
１００ｍｇ／ｍ²であることが好ましく、１〜２０ｍｇ
／ｍ²であることがより好ましい。ここでは、両親媒性
化合物：ＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）₁₇−Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ をデ
ィッピング法により５ｍｇ／ｍ²塗布して潤滑剤層１７
を形成した。

【００２７】下部電極層１２は、記録あるいは再生に際
して記録媒体１０の潤滑剤層１７側に接触させる針状電
極に対して対向電極として働くものであり、導電体であ
れば従来公知のいずれの材料より形成されてもよい。

【００２８】以上のような構成を有する記録媒体１０に
おいては、化５または化６に示される両親媒性化合物よ
りなる潤滑剤層１７が設けられているため、摩擦係数が
低減され、走行性、耐摩耗性、耐久性が向上する。ま
た、この記録媒体１０と接触する針状電極の摩耗も抑制
できる。

【００２９】ところで、この記録媒体１０においては、
電荷蓄積層１３のＳｉＯ₂ 膜１４／ＳｉＮ膜１５界面、
ＳｉＮ膜１５／ＳｉＯ₂ 膜１６界面といった２つのヘテ
ロ界面に、電子またはホールのトラップが高密度に存在
する。したがって、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を適用し
て、記録媒体１０の所定領域に針状電極を接触させ、例
えば−１０Ｖのパルス電圧を印加すると、上述したトラ
ップにキャリア（この例では電子）を注入でき、これに
より、情報の記録を行うことができる。また、このよう
にしてトラップに電荷が注入された領域に対して、例え
ば＋９Ｖのパルス電圧を印加すると、電子の逆注入を行
うことができ、これにより、その記録情報の消去を行う
ことができる。但し、上述したようにして記録を行う場
合、先に記録された情報の上に新しい情報を記録するこ
と、即ち、オーバーライトが可能であり、このオーバー
ライトに当たって先の記録を消去する過程を必要としな
い。また、上述のようにして記録された情報は、針状電
極を接触させ、トラップに電荷が注入された領域と非注
入領域との静電容量の変化を検出することによって再生
できる。

【００３０】上述した記録媒体１０に対してこのように
して記録／再生を行うと、単位記録領域の直径を５０ｎ
ｍ〜１００ｎｍ程度とすることが可能となり、高密度記
録が可能となる。

【００３１】また、この記録媒体１０においては、電荷
蓄積層１３が２以上のヘテロ界面を形成する３層構造と
なされているため、基板１１側からトラップに電荷の注
入を行ったとき、上層側のヘテロ界面で電荷がブロック
されてトラップを通り過ぎる確率を小とすることができ
る。したがって、情報記録に当たって効率良くトラップ
への電荷の注入を行うことができ、記録感度、再生出力
の向上を図ることができる。さらに、電荷蓄積層がＳｉ
Ｏ₂ ／ＳｉＮの２層構造となされている場合において
は、上層のＳｉＮ層の厚さを数十ｎｍという厚さにしな
ければトラップを通過する電荷を減少させることができ
ないのに対し、上述したようにヘテロ界面を２以上有す
る電荷蓄積層１３においては、各膜を十分に薄くしても
トラップを通過する電荷を減少させることができるた
め、動作電圧の低減を図ることができる。

【００３２】また、この記録媒体１０においては、トラ
ップが多く存在するヘテロ界面が２以上配置されてトラ
ップ数が充分高められているため、トラップへの電荷の
注入を基板１１側から行うか、針状電極側から行うに関
わらず、注入電荷量を充分大とすることができ、記録感
度、再生出力の向上をはかることができる。

【００３３】なお、以下、上述の記録媒体１０に対して
記録、再生を行う装置の機構について説明する。

【００３４】先ず、図２を用いて、記録装置の機構につ
いて説明する。この記録装置は、ＡＦＭを適用したもの
であり、記録媒体１０に対する記録を行う記録ヘッド２
０、記録媒体１０を載置する載置台３０等より構成され
る。また、この記録装置には、記録媒体１０と記録ヘッ
ド２０との相対位置を制御するための手段、記録ヘッド
２０から記録媒体１０にパルス電圧を印加するための手
段等も設けられている。

【００３５】記録ヘッド２０は、実際に記録媒体１０に
接触させる針状電極２１と、該針状電極２１を支持する
カンチレバー２２とから構成されている。針状電極２１
は、円錐状、３角錐状、３角柱状等、先端が非常に鋭く
形成され、記録媒体１０に対して点接触ないしは微小面
接触できるものである。一方、カンチレバー２２は、バ
ネ定数０．０１〜１０Ｎ／ｍの短冊状の板バネであり、
自由端側にて針状電極２１を支持し、他端が固定端とな
されている。また、このカンチレバー２２は、Ｓｉもし
くはＳｉＮよりなり、その表面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｉｒ、Ｃｒ等の単層ないしは多層構造の金属層が被
覆されることによって高い導電性が付与されている。

【００３６】載置台３Ｏは、記録媒体１０を載置し、該
記録媒体１０をその面内で互いに直交するｘ軸方向およ
びｙ軸方向に移動もしくは回転させ、また、記録媒体１
０の面内方向と垂直なｚ軸方向にも移動させることがで
きる。このため、記録ヘッド２０の針状電極２１に対す
る記録媒体１０の位置を自由に変化させることができ、
また、針状電極２１と記録媒体１０との接触状態も調整
することができる。

【００３７】なお、記録媒体１０と針状電極２１とのｚ
軸方向の位置制御するためには、半導体レーザー３８か
らのレーザー光を収束レンズ系３１によって収束させて
カンチレバー２２の先端に照射し、その反射光を例えば
複数の分割フォトダイオードによる光検出器３２によっ
て差動検出し、その検出信号をプリアンプ３３を通じ
て、載置台３０のｚ軸制御を行うサーボ回路３４に入力
すればよい。このようにｚ軸方向の位置制御を行えば、
記録媒体１０に対する針状電極２１の接触状態を常に最
適な状態とすることができる。

【００３８】また、記録ヘッド２０から記録媒体１０に
パルス電圧を印加するためには、パルス電圧発生回路３
５からの記録信号に応じたパルス電圧と直流電源３６か
らの直流バイアス電圧とを重畳させたものを、針状電極
２１から記録媒体１０の下部電極層１２に向かって印加
すればよい。ここでは、針状電極２１から−１０Ｖの負
電圧を印加する。

【００３９】以上のような記録装置においては、針状電
極２１によって、記録媒体１０の所定の領域に対して、
記録信号に応じたパルス電圧を印加することができる。
そして、このパルス電圧が印加された領域には、電荷蓄
積層１３のトラップに電子が注入されるため、これによ
り、情報の記録が行われる。

【００４０】なお、記録情報の消去は、針状電極２１か
ら記録媒体１０の下部電極層１２に向かって＋９Ｖのパ
ルス電圧を印加して、電荷蓄積層１３のトラップに注入
された電子を元に戻すことによって行える。

【００４１】次に、再生装置の機構について説明する。
この再生装置は、前述のＡＦＭを発展させた装置である
走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ）を適用したものである。

【００４２】この再生装置における再生ヘッドは、上述
した記録ヘッド２０と同様の構成を取り得るものである
ため、記録ヘッド２０と兼用としてもよいし、記録ヘッ
ド２０とは別に設けられてもよい。いずれにおいても、
その再生ヘッドは、これが記録媒体１０に接触した状態
でフィードバック制御される。そして、この再生ヘッド
と記録媒体１０との間に働く静電容量を容量センサで検
出することにより、記録信号を再生することができる。
なお、検出された静電容量を２次元画像化すれば、静電
容量の２次元分布を検出することもできる。

【００４３】ＳＣＭにおいては、周波数特性がカンチレ
バーの共振周波数によって限定されないため、ＭＨｚ帯
域の高い周波数帯域での静電容量の検出が可能である。

【００４４】

【実施例】ここで、本発明に係る記録媒体１０を実際に
作製し、特性の評価を行った。

【００４５】実施例１〜８先ず、プラズマＣＶＤ法により、Ｓｉよりなる基板１１
上にＳｉＯ₂ 膜１４、ＳｉＮ膜１５、ＳｉＯ₂ 膜１６を
順に２ｎｍ、１０ｎｍ、４ｎｍの膜厚にて成膜して電荷
蓄積層１３を形成し、基板１の裏面には下部電極層１２
を形成した。そして、化５または化６に示される両親媒
性化合物として、表１に示される化合物ａ〜ｈのいずれ
かを、電荷蓄積層１３上にディッピング法にて５ｍｇ／
ｍ²なる塗布量で塗布し、潤滑剤層１７を形成した。こ
れにより、実施例１〜８のサンプルを得た。

【００４６】

【表１】

【００４７】比較例１比較のため、潤滑剤層１７が形成されていない以外は実
施例１〜８と同様の構成を有する記録媒体を作製した。
これを比較例１のサンプルとする。

【００４８】特性の評価ここで、上述した実施例１〜８、比較例１のサンプルに
ついて、摩擦係数、耐久性について測定した。

【００４９】摩擦係数は、温度２５℃、相対湿度６０％
の条件下にて、記録／再生を１００回繰り返した後、各
サンプルの潤滑剤層１７が形成されている面について測
定したものである。また、耐久性は、同じく温度２５
℃、相対湿度６０％の条件下にて記録／再生を繰り返
し、１回目の記録／再生で得られた出力から１０％の出
力低下が生じるまでの回数として評価した。この結果を
表２に示す。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２より、比較例１のサンプルに比して、
実施例１〜８のサンプルの方が、摩擦係数が低減され、
また、耐久性も大幅に向上していることがわかる。

【００５２】以上のように、記録媒体における針状電極
との接触面に化５、化６に示されるような両親媒性化合
物が保持されると、摩擦係数が低減されるため、記録媒
体および針状電極の摩耗が抑制され、走行性、耐久性の
向上を図ることができるようになる。

【００５３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明を適用すると、記録媒体の摩擦係数が低減されるた
め、記録媒体および針状電極の摩耗が抑制され、記録媒
体の走行性、耐久性の向上を図ることができる。したが
って、記録密度が高く、再生感度に優れた記録媒体の信
頼性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る記録媒体の一構成例を示す断面図
である。

【図２】本発明に係る記録媒体に対しての記録を行う記
録装置の一構成例を示す模式図である。

【符号の説明】

１０記録媒体、１１基板、１２下部電極、
１３電荷蓄積層、１４ＳｉＯ₂ 膜、５ＳｉＮ
膜、１６ＳｉＯ₂ 膜、２０記録ヘッド、２１針
状電極、２２カンチレバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０７Ｆ 7/28 Ｃ０７Ｆ 7/28 ＡＧ０１Ｎ 37/00 Ｇ０１Ｎ 37/00 Ａ (72)発明者藤原一郎東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、電子またはホールのトラップ
が存在する電荷蓄積層が形成されてなり、針状電極を接触させて前記トラップへの電荷の移動を行
うことにより情報の記録がなされ、針状電極を接触させ
て容量変化を検出することにより情報の再生がなされる
記録媒体において、少なくとも針状電極との接触面に、化１または化２に示
される両親媒性化合物が保持されていることを特徴とす
る記録媒体。【化１】【化２】
【請求項２】前記基板がシリコンよりなり、前記電荷
蓄積層が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコ
ン膜がこの順に積層されたものであることを特徴とする
請求項１記載の記録媒体。