JPH09282723A

JPH09282723A - 情報記録装置、情報記録方法及び情報再生方法

Info

Publication number: JPH09282723A
Application number: JP8923296A
Authority: JP
Inventors: Takao Toda; 隆夫任田; Hiroyuki Kado; 博行加道
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】書き込みや消去に必要な電圧を低減するとと
もに、記録媒体を構成するアモルファス半導体薄膜、あ
るいは導電性探針が損傷を受け始める電圧を増大させる
ことができ、耐久性の高い超高密度記録装置および超高
密度記録方法を提供することを目的とする。【解決手段】カンチレバー５先端部に設けられた導電
性探針４をアモルファス半導体薄膜２を含む記録媒体３
表面に近接あるいは接触させた状態で、導電性探針４と
記録媒体２との間に電圧を印加して、データ・ビットを
記録する情報記録装置であり、導電性探針４がＰ型のダ
イアモンドで構成され、アモルファス半導体薄膜２がＧ
ｅ、Ｓｉ、ＳｂまたはＴｅから選ばれる少なくとも１種
類を含む材料で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子間力顕微鏡
（以下「ＡＦＭ」称する）技術を応用した情報記録装置
およびそれを用いた情報記録方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、実用化されている情報の記録方法
の代表例としては、下記に示す４種類の方法が挙げられ
る。

【０００３】まず第１に、磁気テープ、磁気ディスク等
の強磁性体微粒子の磁化方向を変化させ、あるいは検出
することにより情報の記録、再生を行う磁気記録方法、
第２に、光ディスク等のディスク上に形成されたピット
をレーザー光を利用してピックアップする光記録方法、
第３に磁気カー効果やファラデー効果などの磁気光学効
果を有する光磁気膜にレーザー光と外部磁場を利用して
記録、再生を行う光磁気記録方法、第４に、結晶相とア
モルファス相をレーザー光の熱エネルギーによって制御
し、それらの間の屈折率の違いをレーザー光で検出する
相変化記録方法である。

【０００４】上記の４種類の記録技術はすべて記録密度
の向上を目指しているものであるが、いずれも記録密度
の向上に関しては原理的に限界を有している。例えば、
第１の方法である磁気記録方法の場合には、磁性材料の
磁化状態を利用して記録するために、磁区の微小化と検
出信号の微弱化との兼ね合いから記録密度には限界があ
る。また、第２の方法である光記録方法の場合には、記
録、再生できるピット径はレーザー光の集光スポット径
に依存するが、このスポット径は、レーザー光の波長に
より制限される。さらに、第３及び第４の方法である光
磁気記録方法、相変化記録方法に関しても、レーザー光
を利用して記録を行うために、上記の第２の方法と同様
の理由から限界がある。

【０００５】以上のような、記録の高密度化への課題を
解決するために、近年、走査トンネル顕微鏡（以下「Ｓ
ＴＭ」という）やＡＦＭなどの走査型プローブ顕微鏡
（以下「ＳＰＭ」という）技術を応用した超高密度記録
方法が提案されている。これは、記録媒体の表面形状に
変化を生じさせたり、表面の物理的性質に変化を与える
ことにより情報を記録するというものである。

【０００６】上記したＳＴＭにより記録媒体の表面形状
に変化を生じさせたり、表面の物理的性質に変化を与え
る方法としては、下記に示すような３種類の方法が提案
されている。まず第１に、探針を記録媒体に直接押し付
ける機械的加工法、第２に、探針と基板との間に強電界
を発生させ、探針材料を記録媒体表面に堆積させたり、
記録媒体表面から物質を除去する電界蒸発法、第３に、
探針と記録媒体との間に電圧を印加し、流れる電流の熱
エネルギーを利用して表面状態を変化させる電気的方法
などである。また、ＡＦＭを用いた記録方法において
も、ＳＴＭの場合と同様な提案がなされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】まず上記したＳＴＭを
用いた電気的な記録方法は、記録密度を１Ｔｂ／ｉｎ²
以上に上げることができる可能性がある点では有望であ
る。

【０００８】しかしながら、信号の書き込み、読み出し
速度を大きくするには、探針を記録媒体表面からｎｍの
オーダーで離れた位置に高速に高精度で制御する必要が
あるために実用化の面で問題が多い。また、記録時に探
針と記録媒体とが離れているために、比較的大きな電圧
を印加する必要があり、探針が破損し易いといった問題
点がある。さらに、電気的方法で変化させた表面状態
を、トンネル電流を検出して再生する場合、記録媒体表
面にそもそも存在する表面の凹凸の情報が検出されるト
ンネル電流に含まれるために、これらの情報を分離する
複雑な操作や装置が必要となる。

【０００９】一方ＡＦＭを用いた電気的な記録方法にお
いても、記録密度を１Ｔｂ／ｉｎ²以上に上げることが
できる可能性があり有望であるものの、書き込み速度を
速くするために、書き込みパルス幅を小さくし、パルス
電圧を高くすると探針が破損するといった問題点があ
る。

【００１０】そこで本発明は、上記した従来技術におけ
る課題を解決するため、ＡＦＭ技術を応用し、超高密度
で書き込み速度が速く、記録用の探針が破損してしまう
といった問題点が生じず、耐久性にも優れた情報記録装
置およびそれに用いる情報記録方法を提供することを目
的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の情報記録装置は、カンチレバー先端
部に設けられた導電性探針をアモルファス半導体薄膜を
含む記録媒体表面に近接あるいは接触させた状態で、導
電性探針と記録媒体との間に電圧を印加して、データ・
ビットを記録する情報記録装置であって、導電性探針が
アモルファス半導体薄膜と同じ導電型の半導体で構成さ
れたものである。

【００１２】また、本発明に係る情報記録装置の第２の
構成は、カンチレバー先端部に設けられた導電性探針を
アモルファス半導体薄膜を含む記録媒体表面に近接ある
いは接触させた状態で、導電性探針と記録媒体との間に
電圧を印加して、データ・ビットを記録する情報記録装
置であって、記録媒体表面は厚さ２ミクロン以下、２ナ
ノメータ以上の絶縁性液体で被覆されていることを特徴
とする。

【００１３】また、本発明の第１、第２の構成において
は、アモルファス半導体薄膜材料がＧｅ、Ｓｉ，Ｓｂ及
びＴｅから選ばれる少なくとも１種類を含むことが好ま
しい。

【００１４】また、本発明の第１、第２の構成において
は、導電性探針がＧｅ、Ｓｉ、窒化ほう素、窒化アルミ
ニウム、窒化ガリウム、窒化チタン、炭化ほう素、炭化
珪素、ダイアモンドから選ばれる少なくとも１種類を含
み、カンチレバーのバネ定数が０．５Ｎ／ｍ以下である
ことが好ましい。

【００１５】また、本発明に係る情報記録装置のさらに
好ましい第３の構成は、カンチレバー先端部に設けられ
た導電性探針をＰ型のアモルファス半導体薄膜を含む記
録媒体表面に近接あるいは接触させた状態で、探針と前
記記録媒体との間に電圧を印加して、データ・ビットを
記録する情報記録装置であって、探針がＰ型のダイアモ
ンドで構成され、アモルファス半導体薄膜が厚さ５ナノ
メータ以上、２５ナノメータ以下のＧｅ、Ｓｉ，Ｓｂお
よびＴｅから選ばれる少なくとも１種類を含む材料で構
成され、記録媒体表面は厚さ２ナノメータ以上、１ミク
ロン以下の絶縁性液体で被覆されているものである。

【００１６】次に、本発明の第１の情報記録方法は、ア
モルファス半導体薄膜を含む記録媒体表面に、カンチレ
バー先端部に設けられ、アモルファス半導体薄膜と同じ
導電型の半導体で構成され導電性探針を近接あるいは接
触させた状態で、導電性探針と記録媒体との間に電圧を
印加して、データ・ビットを記録する情報記録方法であ
って、導電型がＰ型の導電性探針を用いる場合には、デ
ータ・ビットの書き込み時に探針に正の電圧を、消去時
には負の電圧を印加し、導電型がＮ型の導電性探針を用
いる場合には、データ・ビットの書き込み時に探針に負
の電圧を、消去時には正の電圧を印加することを特徴と
する。

【００１７】また、本発明に係る情報記録方法の第２の
構成は、アモルファス半導体薄膜を含む記録媒体表面
に、カンチレバー先端部に設けられ、アモルファス半導
体薄膜と同じ導電型の半導体で構成され導電性探針を近
接あるいは接触させた状態で、導電性探針と記録媒体と
の間に電圧を印加して、データ・ビットを記録する情報
記録方法であって、導電型がＰ型の導電性探針を用いる
場合には、探針に負性の電圧を印加した状態で、探針を
記録媒体表面に沿って相対的に移動させながら、書き込
み時にのみ探針に正の電圧を印加することによりデータ
・ビットをオーバーライトし、導電型がＮ型の導電性探
針を用いる場合には、探針に正の電圧を印加した状態
で、探針を記録媒体表面に沿って相対的に移動させなが
ら、記録時にのみ探針に、負の電圧を印加することによ
りデータ・ビットをオーバーライトすることを特徴とす
る。

【００１８】また、本発明の情報記録方法の第１、第２
の構成においては、導電性探針と記録媒体との間に電圧
を印加した状態で、探針を前記記録媒体表面に沿って相
対的に移動させながら、探針と記録媒体との間に流れる
電流を検出して、データ・ビットを読み出し再生するこ
とが好ましい。

【００１９】また、本発明に係る情報記録方法のさらに
好ましい第３の構成は、厚さ５ナノメータ以上、２５ナ
ノメータ以下のＧｅ、Ｓｉ，ＳｂおよびＴｅから選ばれ
る少なくとも１種類の材料からなるＰ型のアモルファス
半導体薄膜を含む記録媒体表面に、カンチレバー先端部
に設けられたＰ型のダイアモンドで構成され導電性探針
を近接あるいは接触させた状態で、探針と前記記録媒体
との間に電圧を印加して、データ・ビットを記録する情
報記録方法であって、データ・ビットの書き込み時に探
針に正の電圧を、消去時には負の電圧を印加し、データ
・ビットの読み出し時には書き込み時よりも小さな正の
電圧を印加した状態で、探針を記録媒体表面に沿って相
対的に移動させながら、探針を流れる電流を検出してデ
ータ・ビットを読み出すことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る情報記録装置及び情報記録方法について、図面を参照
しながら説明する。

【００２１】図１は本発明実施の形態における情報記録
装置の概略を示す断面図である。カンチレバー５の先端
部に設けられた導電性探針４を、導電性基体１上に形成
されたアモルファス半導体薄膜２からなる記録媒体３の
表面に接触させた状態で、前記導電性探針４と前記記録
媒体３との間に電圧を印加して、データ・ビットを記録
するというものである。

【００２２】この際、導電性探針４を、アモルファス半
導体薄膜２と同じ導電型の半導体で構成することによ
り、書き込みのために必要とされる探針４への印加電圧
を、異なる導電型の導電性探針とアモルファス半導体で
構成した場合よりも低くすることができる。つまり、Ｐ
型のアモルファス半導体に対してはＰ型の半導体からな
る探針を用い、Ｎ型のアモルファス半導体に対してはＮ
型の半導体からなる探針を用いてやればよい。これは、
探針４とアモルファス材料薄膜２との導電型を一致させ
ることにより、アモルファス半導体薄膜への電子や正孔
の注入がより低い電圧で行なわれるようになったためと
考えられる。

【００２３】次に情報を記録する際の具体的な方法につ
いてであるが、導電型がＰ型の導電性探針およびアモル
ファス半導体を用いる場合には、データ・ビットの書き
込み時に探針に正の電圧を、消去時には負の電圧を印加
することにより、それぞれ逆極性の電圧を印加する場合
よりも再現性良く、かつ低電圧で書き込みおよび消去を
行なうことができる。また、導電型がＮ型の探針および
アモルファス半導体を用いる場合には、データ・ビット
の書き込み時に導電性探針に負の電圧を、消去時には正
の電圧を印加することにより、それぞれ逆極性の電圧を
印加する場合よりも再現性良く、かつ低電圧で書き込み
および消去を行なうことができる。この原因としては、
書き込みはＰ型のアモルファス半導体ではＰ型の探針を
用いることにより容易に正孔の注入が行なわれ、Ｎ型の
アモルファス半導体ではＮ型の探針により電子の注入が
容易に行なわれるためと考えられる。

【００２４】次に既に書き込まれた情報の上に、新しい
情報を書き込むオーバーライトを行なう際の具体的な方
法についてであるが、導電型がＰ型の導電性探針および
Ｐ型のアモルファス半導体を用いる場合には、導電性探
針に負の電圧を印加した状態で、探針を記録媒体表面に
沿って相対的に移動させながら、書き込み時にのみ導電
性探針に正の電圧を印加し、導電型がＮ型の探針および
Ｎ型のアモルファス半導体を用いる場合には、導電性探
針に正の電圧を印加した状態で、探針を記録媒体表面に
沿って相対的に移動させながら、書き込み時にのみ前記
導電性探針に、負の電圧を印加する。

【００２５】なお、情報の読み出し（再生）は、導電性
探針と記録媒体との間に書き込み時と同じ極性の電圧を
印加した状態で、導電性探針を記録媒体表面に沿って相
対的に移動させながら、導電性探針に流れる電流を検出
することにより行なうことができる。

【００２６】また、記録媒体３（アモルファス半導体薄
膜２）の表面をシリコンオイルなどの絶縁性液体で被覆
することにより、探針や記録媒体が破損し始める探針へ
の印加電圧をより大きくすることができ、結果として情
報記録装置の耐久性を向上させることがきる。これは探
針や記録媒体の破損が電界蒸発現象により発生している
ため、探針の先端近傍と探針により強電界が印加される
記録媒体表面との間に絶縁性液体を介在させることによ
り電界蒸発が起こりにくくなったものと考えられる。

【００２７】以上、本発明の概要について説明を行った
が、以下では詳細に本発明を説明することとする。

【００２８】（実施の形態１）図２に本発明の実施の形
態における情報記録装置の構成断面図を示すが、以下で
は、記録媒体と情報記録装置とに分けて本実施の形態を
説明する。

【００２９】まず記録媒体についてであるが、図２に示
すように、円盤１４（例えばアルミ等から形成されてい
る）の上には導電性基体１（例えばシリコン等から形成
されている）が形成されており、さらに導電性基体１の
上には、アモルファス半導体材料である厚さ２０ｎｍの
アモルファス状態のＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜２が形成され
ている。そして上記の電性基体１及びアモルファス半導
体材料２により記録媒体３を形成している。なお、上記
のアモルファス半導体材料２の導電型はＰ型であり、初
期状態における抵抗値が大きい（例えば１０³Ωｃｍ）
ものが用いられている。

【００３０】一方情報記録装置についてであるが、記録
媒体３に対向して配置された導電性探針４は、ほう素を
イオン注入したＰ型導電性のダイアモンドから構成され
ており、記録又は再生中に起こり得る記録媒体３の表面
との衝突による衝撃を和らげるために、厚さ３０ミクロ
ンの金属箔によって作製されたバネ定数０．１Ｎ／ｍの
カンチレバー５の先端部に導電性接着剤１３により固定
されている。

【００３１】上記のカンチレバー５は、Ｘ方向、Ｙ方向
及びＺ方向に精密駆動可能なアクチュエーター６に取り
付けられており、これにより、導電性探針４を記録媒体
３の表面に沿って０．１ｎｍ以下の精度で移動させるこ
とができる。また、直流電圧電源７と、パルス電圧電源
８と、これらの電圧を加算する電圧加算器９とにより、
導電性探針４と記録媒体３との間に電圧を印加する構成
となっている。なお、これらの回路には１ＭΩの保護抵
抗１０と、導電性探針４を流れる電流を検出するための
電流増幅器１１とが接続されている。

【００３２】次に以下では、図２を参照しながら本実施
の形態における情報の記録、再生方法について説明す
る。

【００３３】導電性探針４は、アクチュエーター６によ
って記録媒体３の表面に小さな力で接触するように制御
されながら、相対速度２ｍｍ／ｓｅｃで円盤１４を回転
させることにより記録媒体３表面上を移動する。導電性
探針４が記録すべき位置に達した瞬間に、パルス電圧電
源８によって＋３Ｖ−１０μｓｅｃのパルス電圧を発生
させ導電性探針４に電圧を印加すると、記録媒体３のう
ちパルス電圧を印加した部分１２は、抵抗値が低下して
（例えば１０Ωｃｍ）、これがデータ・ビットとして記
録された。上記のように抵抗値が変化する理由は、媒体
表面のエネルギーバンド構造が変化し、結果として電流
が流れやすくなったためと考えられる。

【００３４】今度は記録した情報の再生方法について説
明する。記録部は抵抗値が未記録部と異なり、抵抗値が
低くなっているため、この抵抗値の変化を電流値の変化
として読み出すことにより記録された情報を読み出すこ
とができる。具体的には、導電性探針４に電源７によっ
て＋０．５Ｖの直流電圧を印加し、記録媒体３の表面に
接触させながら相対速度２ｍｍ／ｓｅｃで円盤１４を回
転させることにより記録媒体３表面を走査した。この
時、探針４を流れる電流を電流増幅器１１を通して検出
することにより、記録されたデータ・ビットを読み出す
ことができた。但し、この再生時の再生電圧は、記録媒
体が抵抗値変化を起こさない程度の大きさである必要が
ある。本実施の形態の場合、書き込み可能な電圧（言い
換えれば記録媒体の抵抗値に変化を与えることの可能な
電圧）のしきい値は＋２．７Ｖであった。したがって、
それ以下の電圧を印加することにより、情報の読み出し
を行う必要がある。この方法によって再生された記録部
１２の大きさは、直径が約２０ｎｍの円であった（な
お、探針の先端の曲率半径は１００ｎｍ程度である）。
記録ビットがこの程度の大きさの場合には、１Ｔｂｉｔ
／ｉｎ²程度の情報を記録することは十分可能である。
また、この記録ビットの大きさは、導電性探針４と記録
媒体３との接触面積に依存する。従って、先端曲率半径
の小さい導電性探針を用いることにより、さらなる高密
度化を図ることができる。

【００３５】次に以下では、記録した情報の消去方法に
ついて説明する。上記した記録時と同様に導電性探針４
を記録されたデータ・ビット上に移動し、導電性探針４
を記録媒体３に接触させた状態で、−１Ｖ−１０μｓｅ
ｃのパルス電圧を印加すると、記録部の抵抗値が増加し
て記録前の抵抗値に戻り、結果としてデータ・ビットが
消去できる。

【００３６】書き込み時に、探針の材料として金属や導
電型がＮ型の半導体（例えばＮ型炭化珪素、Ｎ型Ｇｅな
ど）を用いると、書き込みされる電圧のしきい値は＋
３．５Ｖ程度に上昇してしまう。また、探針が破損する
電圧も約２Ｖ低下し、５Ｖ程度となった。さらに、書き
込み、読み出し、消去時においても、Ｐ型の半導体によ
り構成された探針を用いた場合と比較して、それぞれの
操作の再現性が低下し、書き込まれたビットの形状も不
安定なものとなった。

【００３７】一方、アモルファス半導体材料の導電型が
Ｎ型、例えばＮ型Ｇｅ、Ｎ型Ｓｉ、Ｎ型ＧｅＳｅなどの
場合には、Ｎ型の探針を用いることにより優れた書き込
み、読み出し、消去特性が得られ、Ｐ型の探針を用いた
ときは、再現性の悪い特性が得られた。各種組合せの中
でＰ型のアモルファス半導体材料とＰ型のダイアモンド
探針の組合せにおいて最も優れた特性が得られた。

【００３８】従って、情報の記録を行うための最低電圧
を低くするとともに探針の破損を防止するためには、記
録媒体に用いられるアモルファス半導体材料の導電型と
探針の導電型とを一致させることが極めて有効であり、
上記のようにアモルファス半導体材料の導電型と探針の
導電型とを一致させることにより、アモルファス半導体
薄膜への電子や正孔の注入を行うことのできる最低電圧
を低下させることが可能となる。

【００３９】ここで、情報記録速度（書き込み速度）に
ついて説明する。情報の記録速度を高めるためには、一
般に印加するパルス電圧のパルス幅を短くしてやればよ
い。しかしながら、一方でパルス幅を短くするためには
パルス電圧の値そのものを大きくする必要性があり、あ
まりにもパルス電圧の値を高くすると、探針が損傷して
しまう。本発明では、上記したように、アモルファス半
導体材料の導電型と探針の導電型とを一致させることに
より、アモルファス半導体薄膜への電子や正孔の注入を
行うことのできる最低電圧を低下させることが可能とな
るため、たとえパルス幅を短くするためにパルス電圧の
値を大きくしても根本的に記録を行う電圧が小さいた
め、探針が損傷するといった問題点は生じず、結果的に
は情報記録の高速化と情報記録装置の耐久性の向上とを
同時に達成することができる。

【００４０】以上のように、本発明の記録再生消去方法
について説明したが、上記の方法により、記録媒体の抵
抗値が導電性探針から電圧を印加することにより可逆的
に増減するメカニズムは、アモルファス状態の半導体薄
膜のエネルギーバンド構造の変化が原因と考えられる。
この変化は、アモルファス半導体の導電型がＮ型の場合
は電子の注入が、Ｐ型の場合は正孔の注入が寄与してい
るものと考えられ、書き込み、読み出し、消去特性にア
モルファス半導体と、探針の導電型の組合せが重要とな
ったものと考えられる。

【００４１】なお、本実施の形態において、アモルファ
ス半導体薄膜材料として用いたＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅの組成
比はＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄に限定されるものではなく、ま
た、アモルファス半導体薄膜材料としてもＧｅＳｂＴｅ
に限定されるものではない。従って、Ｇｅ、Ｓｉ，Ｓｂ
及びＴｅから選ばれる少なくとも１種類を含んでいるカ
ルコゲナイド系アモルファス半導体材料、例えば、Ｇｅ
Ｔｅ、ＳｉＴｅ、ＧｅＴｅＳｎ、ＳｂＴｅ、ＧａＳｂ、
ＳｂＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＴｅ、ＳｂＳｅ、ＢｉＳｅ、
ＧｅＳｅ、ＧａＩｎ、ＩｎＳｂＴｅや、アモルファスＧ
ｅ、アモルファスＳｉを用いても上記した本実施の形態
のように情報を記録、再生、消去を行うことができる。

【００４２】しかしながら、アモルファス半導体薄膜の
厚さは、５ナノメータ以上、２５ナノメータ以下の場合
においてとりわけ優れた特性が得られることが判明し
た。２５ナノメータより厚い場合も書き込み、読み出
し、消去は可能であるが、それらに必要な電圧が増加
し、探針が損傷を受けやすくなるといった欠点があり、
５ナノメータより薄い場合はアモルファス半導体薄膜が
損傷を受けやすくなるといった欠点がある。

【００４３】また、導電性探針としてはＧｅ、Ｓｉ、窒
化ほう素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化チタ
ン、炭化ほう素、炭化珪素、ダイアモンドから選ばれる
少なくとも１種類を含む材料を用いることが望ましいこ
とが判明した。

【００４４】さらに、カンチレバーのバネ定数は、０．
５Ｎ／ｍ以下のものを用いることにより、走査中に発生
する探針の摩耗やアモルファス半導体の機械的損傷を抑
えることができた。

【００４５】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形
態２における情報記録装置の構成断面図を示す。本実施
の形態は、基本的には上記した実施の形態１における情
報記録再生装置と構成が類似しているが、記録媒体上に
絶縁性の液体が形成されている点が異なり、以下ではそ
の点に注目して本実施の形態を説明する。

【００４６】図３に示すように、導電性基体１の上に
は、アモルファス半導体材料２である厚さ２０ｎｍのア
モルファス状態のＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜２が形成されて
おり、上記の導電性基体１とアモルファス半導体材料と
により記録媒体３を構成している。そして、さらにこの
薄膜２の上には厚さ１００ｎｍのシリコンオイルからな
る絶縁性液体１５が被覆されている。なお、この被覆層
はシリコンオイルの蒸気中に記録媒体３を保持すること
により形成した。

【００４７】絶縁性液体での被覆の有無による、書き込
み、読み出し、消去特性への影響を調べたところ、書き
込み時のパルス電圧の最大値（探針やアモルファス半導
体に損傷を与え始める電圧）が、絶縁性液体の被覆によ
り３０％増大した。読み出し時や消去時においてはノイ
ズ信号の低下や再現性の向上が見られた。上記の点につ
いて図４を参照しながら詳細に説明する。図４は、情報
を記録する際の探針４付近の詳細図を示したものである
が、探針４とアモルファス半導体薄膜２とが接触しては
いないものの、その離間している距離が非常に小さい場
合には、探針４の材料が蒸発してアモルファス半導体薄
膜側に飛散してしまう（電界蒸発特性）。しかしなが
ら、本実施の形態のように、記録媒体の表面に薄く液体
を形成しておくと、その液体によって探針の材料が飛散
することを防止することができるため、上記のように探
針が損傷を受けるしきい電圧が高くなる。また、ノイズ
の低下を達成することのできる原因は、上記したような
探針４とアモルファス半導体薄膜２とが接触してはいな
いものの、その離間している距離が非常に小さい領域に
おいて、放電が発生することを防止することができたた
めと考えられる。

【００４８】また、この絶縁性液体の被覆の厚さは２ナ
ノメータ以上、２ミクロン以下が有効であった。２ミク
ロンより厚い場合は、記録媒体と探針との相対速度を大
きくした場合、電気的接触が不十分となる場合があり書
き込まれた、データー・ビットを読み落とすことがあっ
た。また２ナノメータより薄い場合は、効果が不十分で
あった。

【００４９】なお、上記の絶縁性液体としてはシリコン
オイル以外に、含弗素カルボン酸系や含弗素カルボン酸
エステル系などの潤滑剤でも実施可能である。

【００５０】導電性探針がＰ型のダイアモンドで構成
し、アモルファス半導体薄膜がＧｅ、Ｓｉ，Ｓｂおよび
Ｔｅから選ばれる少なくとも１種類を含むＰ型導電性の
材料で構成し、その表面を絶縁性液体で被覆した場合
に、とりわけ優れた書き込み、読み出し、消去特性や長
期にわたる安定性、再現性を実現できた。これは、ダイ
ヤモンドを採用することにより耐摩耗性及び耐電界蒸発
特性が向上したためと考えられる。

【００５１】（実施の形態３）次に以下では図２を参照
しながら、記録された情報のオーバーライト操作につい
て説明する。なお、実施の形態１と同様に、アモルファ
ス半導体薄膜としてＰ型のＧｅＳｂ₂Ｔｅ₄薄膜を用
い、導電性探針４としてはほう素をドーピングしたＰ型
の炭化珪素を用いた場合について説明する。

【００５２】導電性探針４には、予め直流電圧電源７に
よって−１Ｖの直流電圧が印加されている。上記のよう
に負の電圧を印加した状態で、記録媒体３の表面に探針
を接触させながら、２ｍｍ／ｓｅｃの速度で走査する
と、＋３Ｖ−１０μｓｅｃのパルス電圧印加で記録され
たデータ・ビットはすべて消去される。

【００５３】導電性探針４がオーバーライト情報を記録
すべき位置に達した瞬間に、パルス電圧電源８によって
＋４Ｖ−１０μｓｅｃのパルス電圧を発生させ、電圧加
算器９を通して導電性探針４に＋３Ｖ−１０μｓｅｃの
パルス電圧を印加する。上記の操作により、記録媒体３
のうちパルス電圧を印加した部分１２は、抵抗値が低下
して、これがデータ・ビットとして記録される。より詳
細に説明すると、予め抵抗値が高い状態で記録されてい
た領域は上記の＋３Ｖ−１０μｓｅｃのパルス電圧の印
加により抵抗値が低下し、予め抵抗値が低い状態で記録
されていた領域は＋３Ｖ−１０μｓｅｃのパルス電圧の
印加により記録媒体（アモルファス半導体材料薄膜）の
状態は変化しないものの、抵抗値が低い状態が保持され
る結果となる。

【００５４】以上の操作により、以前に記録されたデー
タ・ビットを消去しながら、新たなデータ・ビット１２
を記録する、いわゆるオーバーライト操作を、１本の導
電性探針４で行うことが可能となった。

【００５５】尚、本実施の形態においては、導電性探針
４側に正電圧パルスを印加してオーバーライト操作を行
っているが、負電圧パルスを印加することによりオーバ
ーライト操作を行った場合は、書き込み可能な最小パル
ス電圧が上昇した。例えば、直流電圧電源７によって導
電性探針４に＋１Ｖの直流電圧を印加した状態で導電性
探針４を移動させて、以前のデータ・ビットを消去しな
がら、導電性探針４が記録すべき位置に達した瞬間に、
電源８によって−４Ｖ−１０μｓｅｃのパルス電圧を発
生させ、電圧加算器９を通して導電性探針４に−３Ｖ−
１０μｓｅｃのパルス電圧を印加しても、新たなデータ
・ビットを記録できないこともあった。従って、本発明
において、Ｐ型の記録媒体に対してＰ型の探針を用いた
場合には、正の電圧により情報を記録することが最も望
ましい形態となる。

【００５６】また、アモルファス半導体薄膜材料として
Ｎ型半導体を用い、探針としてＮ型の半導体を用いた場
合は、導電性探針４に＋１Ｖの直流電圧を印加した状態
で導電性探針４を移動させて、探針に負の電圧パルスを
印加して記録された以前のデータ・ビットを消去しなが
ら、導電性探針４が記録すべき位置に達した瞬間に、電
源８によって−４Ｖ−１０μｓｅｃのパルス電圧を発生
させ、電圧加算器９を通して導電性探針４に−３Ｖ−１
０μｓｅｃのパルス電圧を印加することにより、新たな
データ・ビットを記録することができた。

【００５７】オーバーライト操作においてもアモルファ
ス半導体と導電性探針の導電型が異なる場合には書き込
み電圧が上昇したり、再現性が不十分な場合があり、優
れた特性が得られなかった。

【００５８】アモルファス半導体として用いたＧｅ−Ｓ
ｂ−Ｔｅの組成比はＧｅＳｂ₂Ｔｅ ₄に限定されるもの
ではなく、また、本実施の形態においては、アモルファ
ス半導体薄膜材料としてＧｅＳｂＴｅを用いているが、
必ずしもこれに限定されるものでもない。従って、Ｇ
ｅ、Ｓｉ、Ｓｂ及びＴｅから選ばれる少なくとも１種類
を含んでいるカルコゲナイド系アモルファス半導体材
料、例えば、ＧｅＴｅ、ＳｉＴｅ、ＧｅＴｅＳｎ、Ｓｂ
Ｔｅ、ＧａＳｂ、ＳｂＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＴｅ、Ｓｂ
Ｓｅ、ＢｉＳｅ、ＧｅＳｅ、ＧａＩｎ、ＩｎＳｂＴｅ
や、アモルファスＧｅ、アモルファスＳｉを用いること
もできる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、書き込みや消去に必要な電圧を低減し、かつ導電
性探針、あるいは記録媒体を構成するアモルファス半導
体薄膜が損傷を受け始める電圧を増大させることができ
る。その結果超高密度メモリー装置としての安定性、信
頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における情報記録装置の構
成断面図

【図２】本発明の実施の形態における情報記録装置の構
成断面図

【図３】本発明の実施の形態における情報記録装置の構
成断面図

【図４】本発明の実施の形態における情報記録装置の探
針付近の断面図

【符号の説明】

１導電性基体２アモルファス半導体薄膜３記録媒体４導電性探針５カンチレバー６アクチュエータ７直流電圧電源８パルス電圧電源９電圧加算器１０保護抵抗１１電流増幅器１２記録されたデータ・ビット１３導電性接着剤１４円盤１５絶縁性液体１６蒸発粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カンチレバー先端部に設けられた導電性探
針をアモルファス半導体薄膜を含む記録媒体表面に接触
させた状態で、前記導電性探針と前記記録媒体との間に
電圧を印加して、データ・ビットを記録する情報記録装
置であって、前記導電性探針が前記アモルファス半導体
薄膜と同じ導電型の半導体で構成されていることを特徴
とする情報記録装置。
【請求項２】導電性探針がＧｅ、Ｓｉ、窒化ほう素、窒
化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化チタン、炭化ほう
素、炭化珪素、ダイアモンドから選ばれる少なくとも１
種類を含有していることを特徴とする請求項１に記載の
情報記録装置。
【請求項３】カンチレバーのバネ定数が０．５Ｎ／ｍ以
下であることを特徴とする請求項１に記載の情報記録装
置。
【請求項４】導電性探針がダイアモンドで構成されたこ
とを特徴とする請求項１に記載の情報記録装置。
【請求項５】アモルファス半導体薄膜を含む記録媒体表
面に、カンチレバー先端部に設けられ、前記アモルファ
ス半導体薄膜と同じ導電型の材料で構成された導電性探
針を接触させた状態で、前記導電性探針と前記記録媒体
との間に電圧を印加して、データ・ビットを記録する情
報記録方法であって、導電型がＰ型の導電性探針を用い
る場合には、データ・ビットの書き込み時に前記探針に
正の電圧を、消去時には負の電圧を印加し、導電型がＮ
型の導電性探針を用いる場合には、データ・ビットの書
き込み時に前記探針に負の電圧を、消去時には正の電圧
を印加することを特徴とする情報記録方法。
【請求項６】記録媒体表面が厚さ２ミクロン以下、２ナ
ノメータ以上の絶縁性液体で被覆されていることを特徴
とする請求項５に記載の情報記録方法。
【請求項７】アモルファス半導体薄膜材料がＧｅ、Ｓ
ｉ、ＳｂおよびＴｅから選ばれる少なくとも１種類を含
有していることを特徴とする請求項５に記載の情報記録
方法。
【請求項８】アモルファス半導体薄膜を含む記録媒体表
面に、カンチレバー先端部に設けられ、前記アモルファ
ス半導体薄膜と同じ導電型の材料で構成された導電性探
針を接触させた状態で、前記導電性探針と前記記録媒体
との間に電圧を印加して、データ・ビットを記録する情
報記録方法であって、導電型がＰ型の導電性探針を用い
る場合には、前記探針に負の電圧を印加した状態で、前
記探針を記録媒体表面に沿って相対的に移動させなが
ら、書き込み時にのみ前記探針に正の電圧を印加するこ
とによりデータ・ビットをオーバーライトし、導電型が
Ｎ型の導電性探針を用いる場合には、前記探針に正の電
圧を印加した状態で、前記探針を前記記録媒体表面に沿
って相対的に移動させながら、書き込み時にのみ前記探
針に、負の電圧を印加することによりデータ・ビットを
オーバーライトすることを特徴とする情報記録方法。
【請求項９】アモルファス半導体薄膜を含む記録媒体表
面に、カンチレバー先端部に設けられ、前記アモルファ
ス半導体薄膜と同じ導電型の材料で構成された導電性探
針を接触させた状態で、前記導電性探針と前記記録媒体
との間に電圧を印加して記録されたデータ・ビットを再
生する情報再生方法であって、前記記録導電性探針と記
録媒体との間に書き込み時と同じ極性の電圧を印加した
状態で、前記導電性探針を前記記録媒体表面に沿って相
対的に移動させながら、前記導電性探針と前記記録媒体
との間に流れる電流を検出して、データ・ビットを再生
することを特徴とする情報再生方法。