JPH10172187A

JPH10172187A - 記録、再生および記録再生装置

Info

Publication number: JPH10172187A
Application number: JP32569396A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Fujiwara; 一郎藤原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: JP3937486B2

Abstract

(57)【要約】【課題】記録密度の向上をはかる。【解決手段】針状電極を含むヘッドから電圧を印加す
ることにより記録媒体に存在する電子またはホールトラ
ップの所定領域への電荷移動により１個の記録ビットに
３値以上の情報を記録し、記録媒体に接触または非接触
な状態で記録ビットの３値以上の情報を高速、高感度に
再生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報、大容量
のデータ情報等の記録情報の超高密度記録を行うことが
できる新規な記録、再生および記録再生装置、すなわち
上記情報の記録のみを行う記録装置、または上記情報の
再生のみを行う再生装置、あるいは情報の記録および再
生の双方を行う記録再生装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】マルチメディア社会、特にハイビジョン
システムおよび高度情報通信システム、コンピュータネ
ットワーク、ビデオオンデマンド、インフォメーション
オンデマンドなどに必要とされる大容量の画像情報、デ
ータファイルにおいて高速高密度な記録再生装置の要求
が益々高まっている。従来のランダムアクセスが可能な
高密度記録技術には、磁気記録、光記録、半導体メモリ
等がある。

【０００３】半導体メモリではその集積度が年々向上し
ているにもかかわらず、半導体メモリの製造技術の例え
ばフォトリソグラフィの限界に起因するメモリトランジ
スタの微細化の限界から、高精細度の画像情報を記録す
るだけの容量を満たすような、すなわち少なくとも３Ｇ
バイト以上の容量を満たすような半導体メモリを得るに
は至っていない。

【０００４】一方、光記録、磁気記録において、大容量
の情報を記録するには記録ビットの単位記録領域を小さ
くして、面記録密度を向上させることが必要である。

【０００５】光記録においても、短波長半導体レーザの
開発などその記録領域を小さくする試みはなされている
が、波長５００ｎｍ付近の半導体レーザー光源が開発さ
れた場合でも、物理的な限界、光の回折限界が存在する
ため記録ビット直径（スポットエリア）をその光の波長
以下にすることは原理的に不可能である。超解像方式
等、その限界を超える方式が提案されているが、それら
の方法を用いても直径１００ｎｍ以下の記録領域を実現
することは難しいとされている。

【０００６】また、磁気記録においても、特にハードデ
ィスクにおいて磁気抵抗効果を用いたＭＲ（磁気抵抗効
果）ヘッド、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）ヘッドの開発
により記録密度の向上が著しいが、再生ヘッドの感度の
限界の問題で直径１００ｎｍ以下の記録領域を達成する
ことは難しい。

【０００７】一方、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：Scanning Tunneling Mic
roscope ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force M
icroscope ）が開発され、種々の材料の微細表面形状の
解析に適用され、表面解析装置として非常な成功を収め
ている。ＡＦＭでは試料とカンチレバーチップとの原子
間相互作用をカンチレバーを制御するためのプローブと
して用いているが、近年ＡＦＭは種々の相互作用に伴う
物理量を制御プローブとして用いた走査型プローブ顕微
鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ）として発展
している。最近、これらの手段すなわち原子、分子にア
クセスする手段を用いて、記録領域を極めて小さくした
高密度メモリとしての実現可能性の検討がなされてい
る。

【０００８】これまでにＳＴＭまたはＡＦＭを用いて、
高密度記録実現の試みの報告はなされているが、原理的
な可能性が述べられているにとどまり、実用化に至って
いない。

【０００９】例えば、スタンフォード大学のクエート
（Prof. Quate ）氏等は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂膜およ
びＳｉＮ膜を形成したＮＯＳ（ＳｉＮ／ＳｉＯ₂／Ｓ
ｉ）構造による記録媒体を用いてＡＦＭの発展系である
走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ：Scanning Capacitance Mic
roscope ）構成によって高密度メモリへの応用の可能性
を示した（R.C.Barret and C.F.Quate;Journal of Appl
ied Physics,70 2725-2733(1991)参照。）。

【００１０】ところで、図１５に示すように、Ｓｉ基体
１上に、熱酸化によるＳｉＯ₂膜２および熱ＣＶＤ（化
学的気相成長）法によるＳｉＮ膜３を被着形成し、この
ＳｉＮ膜３上に金属電極による上部電極４が被着された
いわゆるＭＮＯＳ（Metal Nitride Oxide Semiconducto
r ）系の記録媒体は、不揮発性半導体メモリの１つであ
るＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programable
Read Only Memory）ですでに実用化されている。

【００１１】これらＮＯＳ系、ＭＮＯＳ系記録再生の基
本は、Ｓｉ基体とＳｉＯ₂／ＳｉＮヘテロ界面付近のヘ
テロ界面トラップ（ＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面およびＳｉＮ
膜中に存在するキャリアトラップ）との間の電荷の移動
を用いることである。クエート氏等はトンネル酸化膜
（ＳｉＯ₂）に十分厚い膜厚のものを用いて、局所的な
記録ビットのデータの保持特性を良好なものにしてい
る。

【００１２】すなわち、この層構造でＳｉＯ₂／ＳｉＮ
界面付近（ＳｉＮ／ＳｉＯ₂界面とＳｉＮ膜中）にキャ
リアのトラップが形成されることが分かっており、例え
ば図１５のＭＮＯＳ系においてＳｉＮ膜３上の上部電極
４に正電圧を掛けると、強電界によりＳｉ基体１側から
電子がＳｉＯ₂膜２およびＳｉＮ膜３の一部分をトンネ
ルして、ＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近に存在するトラップ
に注入され蓄積される。一方、上部電極４に負電圧を掛
けると、逆向きの強電界によりＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付
近にトラップされていた電子がＳｉ基体１側にＳｉＯ₂
膜２をトンネルして、放出されてＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面
付近トラップに存在する電子が欠乏する。また、トンネ
ル酸化膜の膜厚が比較的薄い場合には電子の放出と同時
にホールがＳｉＯ₂膜２をトンネルして、ＳｉＯ₂／Ｓ
ｉＮ界面付近のトラップに蓄積される。

【００１３】このようにして、ＭＮＯＳ記録媒体への電
圧パルス印加に伴う電荷の移動により記録、消去を行っ
ている。そして、この記録媒体からの記録情報の読み出
しすなわち再生は、この記録媒体すなわちＭＮＯＳ構造
キャパシタに電荷が注入された場合と注入されていない
場合のＳｉ基体における空間電荷層の空間的な変化に起
因する静電容量の変化として電気的に読み出すという方
法がとられる。

【００１４】上述のクエート（Quate ）氏等の研究で
は、ＮＯＳ媒体に記録・再生ヘッドとなる導電性カンチ
レバーを接触させた状態で記録、消去を行い、同様に導
電性カンチレバーの接触状態でその記録情報に基くＳｉ
基体表面の空間電荷層の変化に起因する容量変化を、導
電性カンチレバーの後段に接続された容量センサーおよ
び信号処理回路を用いて検出することによって再生する
という方法がとられている。

【００１５】この方法による場合、現在実用化ないしは
研究、開発がなされている光記録、あるいは磁気記録方
法では不可能な微小領域での情報の記録再生、すなわち
高密度記録が可能であることを示した。この場合、記録
媒体ではトンネル酸化膜が厚いためキャリア（電子）の
移動を用いているものである。この場合、最小記録領域
は、直径で１５０ｎｍであり、トラップに蓄積された電
子は、７日間以上安定であったことが確認されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した高
密度記録装置では、１つの記録ビットに対して２値のデ
ジタルデータを対応させているため、記録密度は微小記
録ビットの大きさで直接的に制限されるという問題点が
ある。

【００１７】また、従来の容量変化検出方式を再生に用
いる方式の記録装置では静電容量型（ＣＥＤ）または高
密度記録が可能なＶＨＤビデオディスク等がある。しか
し、これを大容量の記録媒体とするには記録密度が低
く、また再生専用であって記録消去の機能を有するもの
ではない。また、Iwamura 等によるディスク形状のＭＮ
ＯＳ記録媒体を用いて静電容量検出方式の記録再生の試
みがなされている（IEEE Transactions on Electron De
vices. Vol28 No7 854-860(1981)）。しかし、これも高
記録密度の点で問題があり、上記クエート氏のＳＰＭを
用いた記録密度の実験結果と比較しても及ばない。

【００１８】本発明においては、鋭意研究を重ねた結
果、ＳＰＭと、２層以上のヘテロ層を有する電荷蓄積材
料媒体との組み合わせによって１つの記録ビットに対し
て３値以上の情報を記録することにより上述した諸問題
の解決をはかり、高速、高密度記録にすぐれヘッドの長
寿命化をはかることができる記録再生装置を提供するに
至ったものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明装置は、針状電極
を含むヘッドを有し、針状電極から電圧を印加すること
により記録媒体に存在する電子またはホールトラップの
所定領域への電荷移動を行って１個の記録ビットに３値
以上の情報を記録する。

【００２０】また、本発明装置は、針状電極を含むヘッ
ドを有し、この針状電極を記録媒体に接触または非接触
な状態で、記録媒体に存在する電子またはホールトラッ
プの所定領域への電荷移動により１個の記録ビットに３
値以上の情報が記録された上記情報を、この領域におけ
る電荷、表面電位または静電容量の変化量の検出によっ
て再生する。

【００２１】また、本発明装置は、針状電極を含むヘッ
ドを有し、針状電極から電圧を印加することにより記録
媒体に存在する電子またはホールトラップの所定領域へ
の電荷移動を行って１個の記録ビットに３値以上の情報
を記録し、針状電極を含むヘッドが記録媒体に接触また
は非接触な状態で、上記所定領域に記録された情報を、
この領域における電荷、表面電位または静電容量の変化
量の検出によって再生する。

【００２２】本発明装置によれば、１つの記録ビットに
３値以上の情報を記録するものであるので、従来の２値
記録と比較して同一の空間的記録密度で、情報の記録密
度を少なくとも１．５倍以上に高めることが可能とな
る。

【００２３】また、本発明装置によれば、針状電極を含
むヘッドによる電圧印加により記録媒体に対し、電荷移
動により情報を記録または消去する態様をとることか
ら、高速、高密度記録がなされ、しかもその再生におい
ては、記録媒体に対してヘッドを非接触の状態で、記録
媒体上の記録情報を、この微小記録領域における電荷、
表面電位または静電容量の変化量を検出することにより
再生することによって針状電極を含むヘッドを記録媒体
に対し、非接触状態で再生することが可能となり、この
場合は、針状電極を含むヘッドや記録媒体を損耗させる
ことが回避される。そして、その表面電位の検出分解能
は、１〜３ｍＶであるため、多値記録の情報の再生を充
分行うことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明による記録再生装置の実施
の形態を説明する。本発明は、針状電極を含むヘッドと
記録媒体とを相対的に移行、例えば回転あるいは並進さ
せることによって相対的に移行させて、ヘッドの針状電
極を一方の電極として、記録媒体に電圧を印加すること
により記録媒体に存在する電子またはホールトラップ
（キャリアトラップ）の所定領域への電荷移動を行って
１個の記録ビットに３値以上の情報を記録または消去
し、上記ヘッドが記録媒体に接触または非接触な状態
で、上記所定領域に記録された情報を、上述と同様に相
対的に移行させてこの領域における電荷、表面電位また
は静電容量の変化量の検出によって再生する。

【００２５】図１は本発明装置における記録媒体１０の
基本構成を示し、この基体構成においては、基体１１上
に、情報の記録がなされる活性層１３が形成される。活
性層１３は、電荷の移動が生じる電荷蓄積材料膜による
電荷蓄積層によって構成される。この記録媒体１０は、
例えば、基体１１が導電性を有するＳｉ基体よりなり、
これの上に例えばＳｉＯ₂シリコン酸化膜、ＳｉＮ窒化
シリコン膜、ＳｉＯ₂シリコン酸化膜が順次積層されて
隣接する異種の層（ヘテロ層）から構成される界面（ヘ
テロ界面）を有する電荷蓄積層による活性層１３が形成
されて成る。

【００２６】基体１１は、上述したＳｉ基体等の半導体
基体によって構成することができるものであり、また、
その裏面に下部電極１２が被着形成された構成とするこ
とができるが、この基体１１が導電率の高い半導体基体
である場合、下部電極１２の形成を省略することもでき
る。

【００２７】また、記録媒体１０に対する記録態様によ
っては、基体１１を半導体基体以外の良導電性を有する
基体によって構成することができ、この場合において
も、下部電極１２を省略することができる。

【００２８】記録媒体１０を構成する電荷蓄積材料膜は
それぞれ例えば熱酸化法、熱窒化法、ＬＰＣＶＤ（Low
Pressure Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＣ
ＶＤ法、スパッタリング法、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
ト法などによって成膜することができる。

【００２９】この記録媒体１０に対する情報の記録は、
多値記録によるものであるが、例えば３値記録による多
値記録の場合、周辺部と同一の電位（キャリア注入な
し）を基準として、電位が低い場合（電子注入）、電位
が高い場合（電子放出）の３種類の状態を３値記録の３
種類のデジタルデータの値にそれぞれ対応させることに
より実現する。３値以上の多値記録の場合には表面電位
の値を分割して、各々の情報に対応させる。

【００３０】また、３値情報の再生には、キャリアトラ
ップの状態に応じた静電容量の変化量値を用いて行うこ
とも可能である。この場合、その再生は、記録媒体に対
してヘッドを接触、または非接触いずれの態様によって
行うこともできる。

【００３１】記録媒体１０に対する情報の記録構成は、
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）構成とする。すなわち、記録
ヘッドは、先端に針状電極を有するＡＦＭ制御の導電性
カンチレバー構成とされる。

【００３２】電荷蓄積層を有する記録媒体１０に対する
記録は、記録ヘッドとしての針状電極を先端に有する導
電性カンチレバーに記録電圧Ｖ_Rを印加して、キャリア
（キャリアトラップに注入または放出することにより行
なう。例えば、｜Ｖ_R｜＜１０Ｖの例えば負電圧の−９
Ｖのパルス電圧を印加することによりカンチレバーより
電子を局所的に例えば前述のＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近
のトラップに注入し、この電荷の移動によって情報の記
録を行う。そして、この局所的に電荷が注入された領域
に対し、所要の正電圧例えば約９Ｖのパルス電圧を印加
することにより電子を放出して、情報の記録によって上
記ＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近のトラップの電荷が注入さ
れた領域を、周辺部の電位と同一の電位に戻して記録情
報の消去を行う。

【００３３】この記録態様によれば、別の記録された情
報を記録する場合、９Ｖの電圧パルスを印加することに
より表面電位を周囲より高くして記録する。このように
して、同一の記録領域（記録ビット）に、３値の情報を
記録することができる。

【００３４】また、５値記録を行う場合は、その表面電
位の値を、それぞれ例えば以下のように分割選定するこ
とができる。情報“０”の記録は、その記録部における
表面電位が−４０ｍＶ以下、情報“１”の記録は、その
記録部における表面電位が−３５〜−１５ｍＶ、情報
“２”の記録は、その記録部における表面電位が−１０
〜＋１０ｍＶ、情報“３”の記録は、その記録部におけ
る表面電位が＋１５〜＋３５ｍＶ、情報“４”の記録
は、その記録部における表面電位が４０ｍＶ以上。

【００３５】情報の書き込みは、プラスマイナス１０Ｖ
またはプラスマイナス６Ｖの電圧パルスの印加で行っ
て、多値記録が可能な表面電位の値を制御した。

【００３６】また、本発明においては、ナノ結晶（ナノ
結晶とは、ｎｍオーダーの粒径による微細結晶を指称す
る）特にシリコンナノ結晶を含む記録媒体を用いて、こ
れに多値記録を行うこともできる。

【００３７】この記録媒体は、例えばシリコンＳｉ基体
上に、ナノ結晶が絶縁膜中に埋込まれて配列された結晶
層を有して成る。この絶縁膜中に埋込まれたナノ結晶
は、空間的に離散化されたエネルギーレベルの深いキャ
リアトラップになっている。この結晶サイズは直径１０
ｎｍ以下、その間の距離は１０ｎｍ以下である。このよ
うな場合、キャリア（電子）は記録ヘッドとＳｉ基体と
の間に印加された強電界によりＳｉ基体側または記録ヘ
ッド側からトンネル絶縁膜（例えばＳｉＯ₂膜）をトン
ネルして空間的に離散化されたキャリアトラップに注入
されるようになされることにより情報の記録がなされ
る。注入される電子の方向は、キャリアトラップとＳｉ
基体、記録ヘッドとの間のトンネル絶縁膜の厚さおよ
び、記録ヘッドでの記録時の表面電界集中の大きさなど
に依存している。キャリアトラップの密度は約１０¹²ｃ
ｍ^-3である。また、一つのキャリアトラップには複数個
のキャリア（電子）をトラップすることができる。

【００３８】一方、情報の消去は、記録ヘッドと基体と
の間に、記録の場合とは逆の極性の強電界を印加するこ
とによりトラップに注入されていた電子を放出して情報
の消去を行う。

【００３９】情報の再生は、キャリアトラップに捕獲さ
れた電子と再生ヘッドとのクーロン相互作用を表面電
位、静電容量等として直接検出することによって行う。
この再生方法は、非常に高感度であり、このため、少数
のキャリアトラップに捕獲された電子を高感度に検出す
ることが可能となる。すなわち、表面電位の検出感度は
数ｍＶであるため、１００ｍＶ程度のポテンシャルシフ
トを容易に検出することができる。

【００４０】このナノ結晶（ナノクリスタル）を用い記
録媒体は、（１）ナノクリスタルの元素を選択することにより、エ
ネルギーレベルが深く、密度が高いキャリアトラップを
絶縁膜中に作製することができる。（２）ナノクリスタルから構成されるキャリアトラップ
を空間的に離散化した状態で絶縁膜中に作製することが
できる。という利点がある。その結果として、（１）書き込み動作電圧を１０Ｖ以下（場合によっては
５Ｖ以下）にすることができる。（２）トラップが空間的に離散化しているため、低電圧
での繰り返し書き換え消去特性が良好となる。（３）トラップのエネルギーレベルが深いため、同一ト
ンネル絶縁膜で比較した場合、データ保持特性が良好に
なる。という効果を奏する。そして、このシリコンナノ結晶記録媒体に対して多値記
録を行う場合には、表面電位の量を分割して同一の記録
ビットを用いて３値、５値などの多値記録を行う。

【００４１】次に、本発明装置の記録、消去の機構と、
再生機構の具体例を説明する。

【００４２】〔記録、消去機構〕図２は記録、消去の一
例の概略構成図を示す。この記録ヘッドＨＲは、先端に
例えば円錐状、３角錐状、断面例えば３角の柱状等の実
質的に記録媒体に対して点接触ないしは微小面接触でき
る針状電極２１が形成された例えば短冊状の板バネ構成
を有し、一端が固定されたカンチレバー２２によって構
成される。このカンチレバー２２は、バネ定数０．０１
〜１０［Ｎ／ｍ］のＳｉもしくはＳｉＮよりなりその表
面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、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
電性が付与されて成る。或いは針状加工が可能で、導電
性を有する不純物ドーピングのなされた導電性シリコン
によって構成される。これらカンチレバー２２は、いわ
ゆるマイクロファブリケーション技術によって作製する
ことができる。

【００４３】３０は、記録媒体１０が載置され、その面
方向に沿って例えば互いに直交するｘ軸およびｙ軸に関
して移動するように、もしくは回転するようになされた
記録媒体１０の載置台であり、この載置台３０は、さら
に記録ヘッドすなわちカンチレバー２２の針状電極２１
との接触状態を調整できるように記録媒体１０の面方向
と垂直方向（以下ｚ軸方向という）に移動制御できるよ
うに構成される。

【００４４】この載置台３０のｚ軸方向の制御は、例え
ば、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
ド例えば４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
力して載置台３０のｚ軸方向の位置を制御することによ
って、常時記録媒体１０に対して、記録ヘッドすなわち
針状電極２１が、最適な接触状態にあるように制御され
る。

【００４５】一方、カンチレバー２２と記録媒体１０の
下部電極１２との間に、記録信号に応じた電圧が印加さ
れる。この印加電圧は、記録信号に応じたパルス電圧発
生回路３５よりのパルス電圧を直流電源３６による所要
の直流バイアス電圧（０Ｖを含む）に重畳して印加す
る。

【００４６】このようにして、記録媒体１０に、カンチ
レバー２２の先端の針状電極２１すなわち記録ヘッドを
接触させた状態で記録媒体と相対的に移行させて上述の
直流電圧にパルス電圧を重畳させた電圧をカンチレバー
とＳｉ基体裏面の間に印加することにより情報の記録を
行う。

【００４７】次に、再生機構について説明する。〔再生機構〕記録媒体１０からの記録情報の読み出しす
なわち再生は、再生ヘッドが記録媒体と接触しない、す
なわち非接触状態で行うか、あるいは接触状態で行う。
先ず、非接触状態による場合について説明する。この再
生装置は、基本的には、下記(i) 〜(iv)のいづれかの構
成による。 (i) 走査型マックスウエル応力顕微鏡（ＳＭＭ：Scanni
ng Maxwell Stress Microscope) 構成。 (ii)上記ＳＭＭ構成においてヘテロダイン検出方式を採
る構成。 (iii) ケルビン力顕微鏡（ＫＦＭ：Kelvin Force Micro
scope ）構成。 (iv)走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ：Scanning Capacitance
Microscope)構成。

【００４８】上記(i) 〜(iv)の構成について説明する。〔(i) のＳＭＭ構成による場合。〕図３は、この再生装
置における再生ヘッドＨＰとその制御部の構成図を示
す。この再生はＳＭＭで知られている動作原理（例えば
Molecular Electronics and Bioelectronics,vol.3 p79
(1992)参照。）によってなされる。ここで、再生ヘッド
ＨＰは、図２で説明した記録ヘッドＨＲ自体を用いるこ
とができるが、いずれの場合においてもこの再生ヘッド
ＨＰは記録媒体１０に対して非接触状態で用いられる。
この再生ヘッドＨＰは、前述した記録ヘッドＨＲにおけ
る場合と同様に、先端に例えば円錐状、３角錐状、断面
例えば３角の柱状等の実質的に針状電極２１が形成され
た例えば短冊状の板バネ構成を有し、一端が固定された
カンチレバー２２によって構成される。このカンチレバ
ー２２は、前述した載置台３０上に載置された記録媒体
１０に非接触な状態で記録媒体１０の表面電位Ｖｓまた
は静電容量の検出によって記録情報の再生がなされる。

【００４９】載置台３０は、前述したように、これに載
置された記録媒体１０の面方向に沿って例えば互いに直
交するｘ軸およびｙ軸に関して移動するように、もしく
は回転するようになされ、さらに再生ヘッドＨＰとして
のカンチレバー２２の針状電極２１との間隔を調整でき
るように記録媒体１０の面方向と直交するｚ軸方向に移
動制御できるように構成される。

【００５０】再生ヘッドＨＰすなわち針状電極２１を有
するカンチレバー２２と記録媒体１０との間にバイアス
電圧Ｖを印加すると、静電結合により針状電極２１と、
記録媒体との間に（数１）で与えられる力Ｆ_Zが働く。

【００５１】

【数１】（ここでＣは針状電極２１と記録媒体１０との間の静電
容量、Ｚは針状電極２１と記録媒体１０との間の距
離。）今、記録媒体１０の表面電位をＶ_Sとし、Ｖ＝Ｖ_AC・ｓｉｎωｔ＋Ｖ_off のバイアス電圧Ｖを印加すると、力Ｆ_Zは次式（数２）
のようになる。

【００５２】

【数２】

【００５３】これによってカンチレバー２２は力Ｆ_Zを
受けて振動する。一方カンチレバー２２の先端に、半導
体レーザー４３からのレーザー光を照射し、その反射光
をフォトダイオード等の光検出器４４によって検出す
る。この光検出器４４によって得られる検出信号Ａは、
次式（数３）で表すことができる。

【００５４】

【数３】

【００５５】この検出信号Ａは、ロックインアンプ４５
に入力され、ここで、２ω成分の出力（数４）を取り出
す。

【００５６】

【数４】

【００５７】この２ω成分による出力は、載置台３０の
ｚ軸方向の位置制御を行うサーボ回路４６に入力し、こ
れによって載置台３０のｚ軸方向の位置制御を行ってこ
の２ω成分による出力が一定になるようになされる。２
ω成分は静電容量の微分信号であり、２ωを一定に制御
することにより、誘電率を一定に仮定すれば、カンチレ
バー２２の針状電極２１と記録媒体との距離を一定に制
御できる。

【００５８】このときの載置台３０のｚ軸の制御信号を
画像化すると、記録媒体１０の表面形状の情報が得られ
ることになる。

【００５９】また、このとき同時にω成分の出力（数
５）をロックインアンプ４５で取り出す。

【００６０】

【数５】

【００６１】これは媒体１０の表面電位Ｖ_Sにのみ依存
することになる。つまり、これが記録媒体１０の表面電
位分布に対応した出力となる。そして、このとき、この
出力が∂Ｃ／∂ｚの大きさによって変わることのないよ
うに、さらに、ω項がゼロになるようにω成分出力をＶ
_offの制御回路４７にフィードバックしてＶ_offの制御
を行って∂Ｃ／∂Ｚの大きさによる影響を排して、Ｖ_off＋Ｖ_S＝０すなわちＶ_S＝−Ｖ_off とする。このようにすればＶ_S、云い換えれば、記録媒
体１０上の表面電位分布として生じる記録情報を読み出
すことができる。

【００６２】〔(ii)上記ＳＭＭ構成においてヘテロダイ
ン検出方式を採る構成による場合。〕通常のＳＭＭで
は、周波数特性はカンチレバーの機械的共振周波数によ
って限定されるが、この方法によるときは、カンチレバ
ーと記録媒体に働くマックスウエル応力の非線形性を利
用することにより、カンチレバーの機械的共振周波数の
影響を受けることなく、高周波数成分の差周波を持つビ
ート信号を検出することによる表面電位または静電容量
の変化量の再生が可能であり、高周波数領域における高
速な多値情報の再生が可能となる。このため、再生ヘッ
ドの周波数特性は、ＭＨｚ帯域までの応答が可能とな
る。

【００６３】図４は、この再生装置における再生ヘッド
ＨＰとその制御部の構成図を示す。図４において図３と
対応する部分には同一符号を付して詳細な説明は省略す
る。

【００６４】この検出方式は、ヘテロダイン検出方式に
よるＳＭＭの動作原理による（前記Molecular Electron
ics and Bioelectronics,Vol.3 p79(1992)およびVol.79
p34(1995)参照）。この方式では、通常のＳＭＭ検出方
式による表面電位の検出等、カンチレバーの共振点より
高い周波数領域における表面電位または静電容量の検出
を行うことができる。

【００６５】この検出方式においても、再生ヘッドＨＰ
すなわち針状電極２１を有するカンチレバー２２と記録
媒体１０との間にバイアス電圧Ｖを印加すると、静電結
合により針状電極２１と、記録媒体１０との間に前記
（数１）で与えられる力Ｆ_Zが働く。今、記録媒体１０
の表面電位をＶｓとし、Ｖ＝Ｖ_AC・ｓｉｎωｔ＋Ｖ_off のバイアス電圧Ｖを印加すると、力Ｆ_Zは前記（数２）
のようになる。これによってカンチレバー２２は力Ｆ_Z
を受けて振動する。一方カンチレバー２２の先端に半導
体レーザー４３からのレーザー光を照射し、その反射光
をフォトダイオード等の光検出器４４によって検出す
る。この光検出器４４によって得られる検出信号Ａは、
前記（数３）で表すことができる。

【００６６】この検出信号は、ロックインアンプ４５Ｂ
に入力され、ここで、２ω成分の出力（前記（数４））
を取出す。この２ω成分による出力は、載置台３０のｚ
軸方向の位置制御を行うサーボ回路４６に入力し、これ
によって載置台３０のｚ軸方向の位置制御を行ってこの
２ω成分による出力が一定になるようになされる。２ω
成分は静電容量の微分信号であり、２ωを一定に制御す
ることにより、誘電率を一定に仮定すれば、カンチレバ
ー２２の針状電極２１と記録媒体１０との距離を一定に
制御できる。このときの載置台３０のｚ軸の制御信号を
画像化すると、記録媒体１０の表面形状の情報が得られ
ることになる。

【００６７】また、このとき同時にω成分の出力（前記
（数５））をロックインアンプ４５Ｂで取り出す。これ
は記録媒体１０の表面電位Ｖｓにのみ依存することにな
る。つまり、これが記録媒体１０の表面電位分布に対応
した出力となる。そして、このとき、この出力が∂Ｃ／
∂ｚの大きさによって変わることのないように、さら
に、ω項がゼロになるようにω成分出力をフィードバッ
クしてＶ_offの制御を行って∂Ｃ／∂ｚの大きさによる
影響を排して、Ｖ_off＋Ｖｓ＝０すなわちＶｓ＝−Ｖ_off とする。また、ω項の値を直接検出することによっても
情報を読み出すことは可能である。このようにしてＶ
ｓ、云い換えれば、記録媒体１０上の表面電位分布とし
て生じる記録情報を読み出すことができる。

【００６８】そして、通常のＳＭＭでは、その再生系の
周波数特性はカンチレバーの共振周波数によって制限さ
れるが、ヘテロダイン検出方式を用いることによりカン
チレバーの機械的共振周波数よりも高い周波数帯域での
静電容量または表面電位の検出が可能となる。このため
再生ヘッドの周波数特性は、ＭＨｚ帯域までの応答が可
能となる。ヘテロダイン検出方式のＳＭＭの動作原理は
以下の通りである。ＳＭＭでＭＨｚ以上の高周波数成分
を含む複数の交流電圧をカンチレバー２２と記録媒体１
０との間に印加し、誘起されたカンチレバー２２の振動
を４分割光検出器４４で検出する。

【００６９】

【数６】

【００７０】ここで、Ｖ_AFは、（数７）で与えられ、カ
ンチレバーの共振周波数以下の周波数成分からなる低周
波電圧で、低周波発振器５６およびローパスフィルタ５
７によって得たＤＣ（直流）バイアス電圧Ｖ_Dcと周波数
ω₀の交流電圧からなる。Ｖ_RFは、（数８）で与えら
れ、カンチレバーの共振周波数より高い交流電圧を示
し、高周波発振器５８からの周波数ω_aでハイパスフィ
ルタ５９よりの周波数ω_rの高周波キャリア信号を変調
の深さＭ（Ｍ≒１）で振幅変調したものである。

【００７１】

【数７】

【００７２】

【数８】

【００７３】この結果、印加電圧は、ＤＣ、ω₀、ω_r
とω_r＋ω_a、ω_r−ω_aの５種類の周波数成分から構
成される交流電圧となる。上記交流電圧がカンチレバー
に印加されるとマックスウエル応力が電界の２乗に比例
するために、周波数の混合が引き起こされ、和と差の周
波数を持つ振動成分がカンチレバー上に誘起され、この
振動が光検出器４４で検出されプリアンプ５５で増幅さ
れ、ロックインアンプ４５Ａおよび４５Ｂに導入され
る。ロックインアンプ４５Ａおよびロックインアンプ４
５Ｂから得たヘテロダインビート成分、ω₀成分、２ω
₀成分は、コンピュータ１４７に入力される。特にω_a
で振動するヘテロダインビート成分は周波数ω_rでの記
録媒体での誘電応答についての情報を与える（下記（数
９））。このためヘテロダイン検出方式は、カンチレバ
ーの共振器周波数よりも高い周波数での記録媒体の静電
容量の検出を可能にする。また、カンチレバーの位置の
制御は、２ω₀の振幅が常に一定になるように、例えば
ｚ軸方向のピエゾ素子（図示せず）による制御によって
行われる。

【００７４】

【数９】

【００７５】〔(iii) ケルビン力顕微鏡（ＫＦＭ：Kelv
in Force Microscope ）構成。〕この動作原理は、ケル
ビン力顕微鏡で知られている（例えばApplied PhysicsL
etters 52 1103 (1993)参照）。

【００７６】図５を参照して説明する。図５において、
図４と対応する部分には同一符号を付して示す。この場
合においても、再生ヘッドＨＰは、図２で説明した記録
ヘッドＨＲ自体を用いることができるが、この場合にお
ける再生ヘッドＨＰは記録媒体１０に対して非接触状態
で用いられる。すなわち、図２で説明した記録ヘッドに
おけると同様に、再生ヘッドＨＰは、先端に例えば円錐
状、３角錐状、断面例えば３角の柱状等の実質的に針状
の電極２１が形成された例えば短冊状の板バネ構成を有
し、一端が固定されたカンチレバー２２によって構成さ
れる。このカンチレバー２２は、前述した載置台３０上
に載置された記録媒体１０に非接触な状態で記録媒体１
０の表面電圧Ｖｓの検出すなわち記録情報の再生がなさ
れる。そして、この場合、共振周波数が充分高く、バネ
定数が充分低いカンチレバーを用いることにより、ＫＦ
Ｍを用いてＭＨｚ帯の高周波数領域における高速の再生
が可能となる。

【００７７】この載置台３０は、前述したと同様にこれ
に載置された記録媒体１０の面方向に沿って例えば互い
に直交するｘ軸およびｙ軸に関して移動するように、も
しくは回転するようになされ、さらに再生ヘッドＨＰと
してのカンチレバー２２の針状電極２１との間隔を調整
できるように記録媒体１０の面方向と直交するｚ軸方向
に移動制御できるように構成される。

【００７８】そして、再生ヘッドＨＰすなわち針状電極
２１を有する圧電素子２３を用いて共振周波数で振動し
ているカンチレバー２２と記録媒体１０との間に、バイ
アス電圧Ｖを印加すると、静電結合により針状電極２１
と、記録媒体１０との間に前記（数１）で与えられる力
Ｆｚが働く。そして、いま、記録媒体１０の表面電位を
Ｖｓとし、Ｖ＝Ｖ_AC・ｓｉｎωｔ＋Ｖ_off で与えられるバイアス電圧Ｖを印加すると、力Ｆ_Zは
（数１０）のようになり、カンチレバー２２は、力Ｆｚ
を受けて振動する。

【００７９】

【数１０】

【００８０】一方、カンチレバー２２の先端に、半導体
レーザー４３からのレーザー光を照射し、その反射光を
フォトダイオード等の光検出器４４によって検出する。
この光検出器４４によって得られる検出信号Ａで、カン
チレバー２２の共振周波数の振幅の減少量に着目する。
カンチレバー２２の共振周波数の振幅は、記録媒体１０
とのクーロン相互作用により減少する。この共振周波数
の周波数シフトに起因する共振周波数の振幅の減少量ま
たは位相変化を検出することにより表面電位または静電
容量の微分量等の物理量を求めることができる。この検
出信号は、ロックインアンプ４５に入力され、ここでカ
ンチレバーの共振器周波数ω_r成分の出力（数１１）を
取り出す。

【００８１】

【数１１】

【００８２】このω_r成分による出力は、載置台３０の
ｚ軸方向の位置制御を行うサーボ回路４６に入力し、こ
れによって載置台３０のｚ軸方向の位置制御を行ってこ
の２ω成分による出力が一定になるようにされる。ω_r
成分は、ファンデルフワールス力とクーロン力に起因す
る力であり、ω_rを一定に制御することにより、誘電率
を一定と仮定すれば、カンチレバー２２の針状電極２１
と記録媒体１０との距離を一定に制御できる。このとき
の載置台３０のｚ軸の制御信号を画像化すると、記録媒
体１０の表面形状の情報が得られることになる。

【００８３】また、このとき同時に、ω成分の出力（数
１２）をロックインアンプ４５で取り出す。

【００８４】

【数１２】

【００８５】測定される変位量Ａは、カンチレバーの共
振点での振動の振幅または位相に対する微分信号となる
ため記録媒体１０の表面電位Ｖｓの微分に対応する信号
が得られる。つまり、これが記録媒体１０の表面電位分
布に対応した出力となる。そして、このとき、この出力
が∂Ｃ／∂ｚの大きさによって変わることのないよう
に、さらにω項が０になるように、ω成分出力をＶ_off
の制御回路４７にフィードバックしてＶ_offの制御を行
って∂Ｃ／∂ｚの大きさによる影響を排して、Ｖ_off＋
Ｖｓ＝０すなわちＶｓ＝−Ｖ_offとする。このようにす
れば、Ｖｓ言い換えれば、記録媒体１０上の表面電位分
布の微分信号として生じる記録情報を読み出すことがで
きる。

【００８６】また、記録媒体１０からの記録情報の再生
の他の例としては、再生ヘッドを記録媒体に接触させた
状態での容量変化の検出によって行うことができる。こ
の再生は、具体的には、上述のＡＦＭを発展させた周知
の装置である走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ）構成によるこ
とができる。

【００８７】上述した(i) 〜(iii) の各再生方法による
ときは、再生ヘッドが記録媒体１０に対して非接触状態
とされることから、再生ヘッド、すなわち針状電極２１
の摩耗を回避でき、再生ヘッドと記録媒体の長寿命化を
はかることができる。

【００８８】〔(iv)のＳＣＭによる場合〕この記録媒体
１０からの記録情報の再生は、再生ヘッドを記録媒体１
０に対して接触させた状態で行う。図６は、記録情報に
基く静電容量の変化量を検出して記録情報の再生を行う
この再生装置の一例の概略構成図を示す。この再生装置
は、具体的には上述のＡＦＭを発展させた周知の走査型
静電容量顕微鏡（ＳＣＭ：Scanning Capacitance Micro
scop）構成とした（以下、この再生装置をＳＣＭ型再生
装置という）。すなわち、この場合においても、前述し
た記録装置におけると同様に、先端に針状電極２１を有
する導電性カンチレバー２２が設けられた再生ヘッドＨ
Ｐを有してなる。この再生ヘッドＨＰは、記録ヘッドＨ
Ｒと共用することも別構成とすることもできる。この再
生ヘッドＨＰにおいても、先端に例えば円錐状、三角錐
状、断面例えば三角の柱状等の実質的に記録媒体に対し
て点接触ないしは微小面接触できる針状電極２１が形成
された例えば短冊状の板バネ構成を有し、一端が固定さ
れたカンチレバー２２によって構成される。このカンチ
レバー２２は、バネ定数０．０１〜１０〔Ｎ／ｍ〕のＳ
ｉもしくはＳｉＮよりなりその表面にＡｕ，Ｐｔ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，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成
る。或いは針状加工が可能で、導電性を有する不純物ド
ーピングのなされた導電性シリコンによって構成され
る。これらカンチレバー２２は、いわゆるマイクロファ
ブリケーション技術によって作製することができる。

【００８９】載置台３０は、前述したように、これに載
置された記録媒体１０の面方向に沿って例えば互いに直
交するｘ軸およびｙ軸に関して移動するように、もしく
は回転するようになされ、更に再生ヘッドＨＰとしての
カンチレバー２２の針状電極２１との接触状態を調整で
きるように記録媒体１０の面方向と直交するｚ軸方向に
移動制御できるように構成される。

【００９０】再生ヘッドＨＰの針状電極２１を記録媒体
１０上に接触させ、この状態で載置台３０によって記録
媒体を例えば回転させて針状電極２１を記録媒体１０上
に走査しつつ、直流電源４０からの直流バイアス電圧Ｖ
記録媒体１０に印加し、カンチレバー２２と記録媒体１
０との間の静電容量を検出器５０に内蔵する発振周波数
９１５ＭＨｚの発振器からの発振周波数シフトとして静
電容量信号Ｃ（Ｖ）を検出し、ロックインアンプ４５か
らｄＣ／ｄＶ信号を取り出し、これをコンピュータ５２
に入力する。この場合、媒体の極くわずかな容量変化が
共振周波数のシフトとなり、出力振幅の高低が変化す
る。この信号を検波回路で検波し、静電容量または静電
容量の電圧微分（ｄＣ／ｄＶ）の変化として検出する。

【００９１】その概略構成を説明すると、カンチレバー
２２に、例えば半導体レーザ４３からのレーザー光を照
射し、その反射光を光検出器４４によって検出し、サー
ボ回路に入力し、載置台３０のｚ軸方向の制御がなされ
る。

【００９２】この場合の再生ヘッドは、前述した例えば
記録ヘッドＨＲにおけると同様のカンチレバー構成を採
り得る。このカンチレバーすなわち再生ヘッドは、上述
した記録ヘッドと兼用することもできるし、別の構成と
するこもできる。いずれにおいても、その再生ヘッドと
してのカンチレバーは、これが記録媒体に接触した状態
で通常のＡＦＭ装置と同一の方式でフィードバック制御
される。そして、記録媒体内の空間電荷に起因する静電
容量を再生ヘッドの後段に配置された容量センサで検出
する。そして、この検出された静電容量を２次元画像化
することができ、これにより静電容量の２次元分布を検
出することができる。

【００９３】ＳＣＭでは、周波数特性はカンチレバーの
共振周波数によって限定されず、カンチレバーよりも高
い周波数帯域での静電容量の検出が可能となる。このた
め再生ヘッドの周波数特性は、ＭＨｚ帯域までの応答が
可能となる。

【００９４】次に、本発明の実施例を説明する。〔実施例１〕この実施例における記録媒体は、針状電極
を含むヘッドから電子を、記録媒体のキャリアトラップ
に注入または放出することによる記録態様で３値記録を
とる場合である。この場合の記録媒体１０は、図７でそ
の概略断面図を示すように、Ｓｉ基体１１上に、その表
面熱酸化による厚さ４ｎｍＳｉＯ₂膜１４が形成され、
これの上にＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ（化学的気相成
長））法により厚さ１０ｎｍのＳｉＮ膜１５が形成さ
れ、これの上に、熱酸化法により厚さ３．５ｎｍのＳｉ
Ｏ₂膜１６による電荷蓄積層が形成されて成る。

【００９５】この電荷蓄積層を有する記録媒体１０に対
する記録は、前述した図２の記録ヘッドＨＲによって行
う。すなわち、記録媒体１０を、移動載置台３０上に配
置し、記録媒体１０の表面ＳｉＯ₂層１６に、針状電極
２１を、いわば微小面接触させて、載置台３０を移動さ
せて記録媒体１０上に針状電極２１を走査しつつ記録情
報に基いてパルス電圧を印加して、導電性カンチレバー
よりＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近に存在するキャリアトラ
ップに電子を局所的に注入または放出して３値情報に対
応する情報の記録をパルス電圧の極性に対応させて行
う。

【００９６】すなわち、記録媒体中のキャリアトラップ
に局所的に注入または放出したキャリア（電子）の状態
により表面電位が制御可能であり、その結果として３値
記録の記録情報に応じた電位パターンを形成することが
できる。

【００９７】次に、この実施例における記録媒体の電圧
容量特性を検討した。記録層のトラップが電荷の注入を
受けている場合と、電荷の注入を受けていない場合と比
較して電圧容量特性が異なる。その結果として、注入電
荷の有無で電圧容量特性にヒステリシス特性を示すこと
が分かる。

【００９８】ヒステリシス特性におけるフラットバンド
電圧のシフト量ΔＶは注入された電荷量に依存してお
り、注入電荷量が多いほどΔＶは大きくなる。このヒス
テリシス特性は一定のバイアス電圧では注入電荷の有無
によって静電容量の値が異なるため、キャリアトラップ
への局所的キャリアの注入の有無による空間的な容量変
化を表面電位の変化として記録媒体に非接触状態で検出
することにより情報の記録再生が可能になる。

【００９９】次に、この実施例１における記録消去再生
特性を示す。まず、記録媒体１０に、−９Ｖまたは９Ｖ
のパルス電圧を、針状電極を含むヘッドＨＲの針状電極
２１から、これに近接した場所に印加して、局所的に電
子をＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近のトラップに注入または
放出する。

【０１００】図８に９Ｖ、４ｍｓのパルス電圧を印加し
た場合の記録ビットパターンをＳＭＭで検出再生した例
を示した。図８はその表面電位像であり、周囲と比較し
て表面電位が増大している部分を情報“２”、周囲と同
一の表面電位の部分を情報の“１”に対応させることが
できる。また、図９に示すように−９Ｖ、４ｍｓのパル
ス電圧を印加することにより、周囲と比較して表面電位
が減少している部分が生じ、この表面電位が情報“０”
に対応させることができる。図１０にＳＭＭ再生法を用
いて検出再生した１次元記録ビットパターンを示す。情
報“２”は９Ｖ、２ｍｓのパルス電圧による電子の局所
的な放出により形成した。情報“２”と情報“１”に対
応する記録ビットパターンが形成されていることが分か
る。図１１に情報“２”に対応する２次元記録ビットパ
ターンを示す。記録ビットの直径は約１００ｎｍであ
り、従来と比較して数倍の高記録密度を実現した。この
ことより、３値情報の記録、再生ができることが分かっ
た。

【０１０１】次に、図４のヘテロダイン検出ＳＭＭ再生
装置を用いて、上述の記録媒体に対する記録、すなわち
局所的な注入電荷量の差を表面電位Ｖｓの分布として検
出した。この場合、１０ＭＨｚの高周波数領域で表面電
位分布を評価した。

【０１０２】その結果、表面形状は、パルス電圧を印加
する前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加するこ
とによって記録媒体の表面が変質することなく良好に保
持されていることが分かった。

【０１０３】このヘテロダイン検出ＳＭＭ像において、
電子が注入または放出された部分にコントラストが生
じ、記録ビットが再生された。その表面電位は周辺と比
較して増大または減少していることが分かり、パルス電
圧の極性によって記録ビットの極性が対応することが分
かった。この２種類の極性と周辺の電子の注入または放
出されていない位置の表面電位とを併せて３値の情報の
記録再生が可能なことが分かった。

【０１０４】また、ヘテロダイン検出ＳＭＭ再生法を用
いることにより、１０ＭＨｚでの高周波数領域でも通常
のＳＭＭの動作領域である５〜２０ｋＨｚの場合と同様
な表面電位分布が得られていることが分かった。これは
表面電位分布が１０ＭＨｚの高周波数領域においても記
録ビットの検出再生ができることを示すものである。

【０１０５】キャリアの注入電荷量の差は電位差で約７
０ｍＶであり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであること
から、例えばデジタル信号“０”，“１”および“２”
のデータの識別を充分行うことができる値であることが
分かった。

【０１０６】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷の注入または放出量がカンチレバー記録ヘッ
ドよりのパルスバイアス電圧印加により制御可能である
ことが示された。

【０１０７】この２種類の局所的な電荷に起因した表面
電位の値をデジタルデータのストレージの“０”，
“１”と“２”に対応させることができることが分かっ
た。

【０１０８】種々の実験の結果、最小記録ビットの直径
を１００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かっ
た。また、キャリア注入の記録または消去時間も１μｓ
よりの小さくすることが可能であることが分かった。

【０１０９】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。上述したよ
うに、この実施例１では３値記録の高密度記録再生装置
として充分な機能をもっていることが分かった。

【０１１０】本実施例では３値記録再生装置について示
したが、３値記録装置、または３値再生装置としても適
用可能なことは言うまでもない。

【０１１１】〔実施例２〕本実施例では、実施例１と同
様の記録ヘッド、記録媒体１０を用いて、５値情報の記
録再生消去の検討結果を示した。図１２に表面電位のパ
ルス電圧依存性を示した。これにより表面電位はパルス
電圧が増大するにつれて単調に増大していることが分か
る。また、バイアス電圧の極性が反対の場合も、表面電
位とパルス電圧は図１２と同様の関係を示した。このた
め、この傾向はパルス電圧の極性に依存していないこと
も分かった。

【０１１２】そこで、情報を以下に示す表面電位に分割
して５値の記録再生を試みた。情報“０”として表面電位 −４０ｍＶ以下情報“１”として表面電位 −３５ｍＶ〜−１５ｍＶ情報“２”として表面電位 −１０ｍＶ〜＋１０ｍＶ情報“３”として表面電位＋１５ｍＶ〜＋３５ｍＶ情報“４”として表面電位＋４０ｍＶ以上

【０１１３】データの書き込みはプラスマイナス１０Ｖ
またはプラスマイナス６Ｖの電圧パルスの印加で行い、
多値記録が可能な表面電位の値を制御した。

【０１１４】再生は通常のＳＭＭまたはヘテロダイン検
出方式のＳＭＭの表面電位分布の表面電位差として、局
所的な電荷トラップ領域に記録させた情報を読み出し
た。

【０１１５】電荷蓄積層のＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近の
トラップに存在する電荷の状態を表面電位の変化として
パルス印加電圧条件により制御し、デジタルデータの
“０”，“１”，“２”，“３”および“４”に対応す
る表面電位が得られることが分かった。ビット情報間の
電位差はＳＭＭの検出感度１ｍＶに対して充分とれるこ
とが分かった。

【０１１６】以上より、表面電位の極性と大きさをパル
ス電圧の極性と電圧の大きさで制御して、５値の情報の
記録再生消去を実現した。

【０１１７】また、先端直径の鋭いカンチレバーを再生
ヘッドに用いることにより、記録ビットの直径も１００
ｎｍ以下になることが分かった。また、局所的に電荷が
注入または放出された記録ビット領域は充分安定に保持
されることが分かった。

【０１１８】以上より、この実施例では５値記録の高密
度記録再生装置として充分な機能をもっていることが分
かった。

【０１１９】本実施例では５値の記録再生装置について
示したが、本発明が５値の記録装置、または５値の再生
装置としても適用可能なことは言うまでもない。

【０１２０】〔実施例３〕この実施例における記録媒体
は、記録ヘッドから電子をトラップに注入または放出す
ることによる３値記録の記録態様をとる場合である。こ
の実施例では、図１３にその概略断面図を示すように、
記録媒体１０は、Ｓｉ基体１１上に、その表面熱酸化に
よって厚さ４ｎｍＳｉＯ₂膜１４が形成され、これの上
にＬＰＣＶＤ法により厚さ５ｎｍのＳｉＮ膜１５が形成
され、さらにこれの上にＬＰＣＶＤ法により厚さ３ｎｍ
のＳｉＯ₂膜１６が形成され、さらにこれの上に、厚さ
５ｎｍのＳｉＮ膜１７が形成され、これの上に熱酸化法
またはＬＰＣＶＤ法により厚さ３．５ｎｍのＳｉＯ₂膜
１６が形成された電荷蓄積層を有して成る。上記ＬＰＣ
ＶＤで形成したＳｉＯ₂膜とＳｉＮ膜は、クラスタツー
ルＣＶＤ装置を用いて連続的に作製した。

【０１２１】この電荷蓄積層を有する記録媒体１０に対
する記録は、前述した図２の記録ヘッドＨＲによって行
う。すなわち、記録媒体１０を、移動載置台３０上に配
置し、記録媒体１０の表面ＳｉＯ₂層１６に、針状電極
２１を、いわば点接触させて、載置台３０を移動させて
記録媒体１０上に針状電極２１を走査しつつ記録情報に
基いてパルス電圧を印加して、導電性カンチレバーより
ＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近に存在するキャリアトラップ
に電子を局所的に注入または放出して情報の記録を行
う。すなわち、キャリアトラップに局所的に注入したキ
ャリア（電子）の有無の記録情報に応じた電位パターン
を形成する。

【０１２２】この実施例では、ヘテロ界面の数は実施例
１と比較して１．５倍になっているため、その結果とし
て、界面に存在し得るキャリアトラップの濃度も大きく
なる。

【０１２３】この実施例では、ＳｉＯ₂膜とＳｉＮ膜の
ヘテロ界面付近のキャリアトラップに導電性カンチレバ
ーより電子を局所的に注入または放出することによって
局所的に電荷量の差を生じさせ、電荷量の差の検出を表
面電位Ｖｓの分布の検出によって行う。

【０１２４】次に、この実施例３における３値情報の記
録消去再生特性を示す。まず、記録媒体１０のＳｉＯ₂
／ＳｉＮ／ＳｉＯ₂／ＳｉＮ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ構造の記
録媒体に−９Ｖまたは９Ｖのパルス電圧をヘッドすなわ
ち針状電極２１から印加して、局所的に電子を界面トラ
ップに注入または放出して形成した３値情報は以下の表
面電位に分割して検出再生する。

【０１２５】情報“０”として表面電位 −７０ｍＶ〜−３０ｍＶ情報“１”として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報“２”として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ

【０１２６】次に、上述の図３の通常のＳＭＭ再生装
置、および図４のヘテロダイン検出ＳＭＭ再生装置を用
いて、記録媒体の局所的な注入または放出電荷量の差を
表面電位Ｖｓの分布として検出する。通常のＳＭＭおよ
びヘテロダインＳＭＭ再生法によって３μｍ×３μｍの
エリアを評価した結果、表面形状は、パルス電圧を印加
する直後で変化は観察されず、パルス電圧を印加するこ
とによって記録媒体の表面が変質することなく良好に保
持されていることが分かった。

【０１２７】ヘテロダインＳＭＭ像では３μｍ×３μｍ
の部分でキャリアの注入または放出させた部分の表面電
位のコントラストは周囲と比較して変化した。これは−
９Ｖまたは９Ｖのパルス電圧印加によって電子が導電性
カンチレバーより界面付近のトラップに局所的に注入ま
たは放出され、その結果として表面電位の値が周囲と比
較して増加または減少していること、すなわち、記録ビ
ットが形成されていることを示した。

【０１２８】また、ヘテロダインＳＭＭのスキャンエリ
アをさらに小さくして、例えば１．５μｍ×１．５μｍ
として、同様な実験を試みた場合も、電子のキャリア注
入または放出により電荷量、その結果として表面電位が
増大または減少している記録ビットが検出再生された。

【０１２９】以上より微細な記録ビットをヘテロダイン
検出ＳＭＭ再生法によって検出可能であることが分かっ
た。ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであることから、例え
ばデジタル信号“０”，“１”および“２”のデータの
識別を充分行うことのできる値であることが分かった。

【０１３０】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷の注入または放出量がカンチレバー記録ヘッ
ドよりのバイアス電圧印加により制御できることが示さ
れた。

【０１３１】この２種類の局所的な電荷の有無をデジタ
ルデータのストレージの“０”，“１”と“２”に対応
させることができる。すなわち、コントラストの明るい
部分と暗い部分と周辺の部分でデジタルデータの
“０”，“１”と“２”に対応させることにより高密度
記録ができることが分かった。

【０１３２】種々の実験の結果、最小記録領域の直径を
１００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かっ
た。また、キャリア注入の記録消去時間も１μｓよりの
小さいことが分かった。

【０１３３】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。上述したよ
うに、この実施例３では高密度記録再生装置として十分
な機能をもっていることが分かった。

【０１３４】尚、この実施例ではＳｉＯ₂／ＳｉＮヘテ
ロ界面が３種類形成されている場合について示したが、
ヘテロ界面が１種類の場合、すなわち、ＳｉＮ／ＳｉＯ
₂／Ｓｉ構成による記録媒体の場合も、３値記録の記
録、再生、消去ができることを確認した。

【０１３５】また、本実施例では記録、再生装置につい
て示したが、３値の記録装置または再生装置としても本
発明は適用可能である。

【０１３６】〔実施例４〕この実施例では、蓄積キャリ
アをＳｉ基体側から電荷蓄積記録のキャリアトラップに
注入または放出する方式での３値情報の記録再生を行っ
た場合である。

【０１３７】この実施例で用いた記録媒体１０は、実施
例１におけると同様に、図７に示すように、ＳｉＯ₂膜
１４（厚さ３ｎｍ）、ＳｉＮ膜１５（厚さ１０ｎｍ）お
よびＳｉＯ₂膜１６の構成によるものの、この実施例で
用いた記録媒体においては、そのＳｉＯ₂膜１６を熱Ｃ
ＶＤ法によって形成し、その膜厚を５ｎｍとした。

【０１３８】そして、その記録、消去、および再生方法
も実施例１と同様の方法によった。この場合の３値記録
での電位分布の分割は次の通りである。

【０１３９】情報“０”として表面電位 −７０ｍＶ〜−３０ｍＶ情報“１”として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報“２”として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ

【０１４０】実施例１と同様に、カンチレバーにパルス
電圧を印加することにより、Ｓｉ基体側から電荷蓄積記
録の電子をキャリアトラップに注入、放出することがで
き、その結果として、３値記録での記録ビットの記録再
生消去が可能であることが分かった。

【０１４１】記録ビットの記録再生特性については本実
施例も実施例１と同等の特性が得られた。また、この実
施例では、再生にヘテロダイン検出方式のＳＭＭ再生法
を用いているため、記録ビットの高周波領域での高速な
再生が可能になった。

【０１４２】また、本実施例では３値情報の記録再生装
置について示したが、本発明を３値情報の記録装置およ
び再生装置としても適用することは可能である。

【０１４３】〔実施例５〕この実施例では記録媒体とし
て、実施例１と同様の記録媒体を用い、図２および図４
で説明した記録および消去ヘッドＨＲと、再生ヘッドＨ
Ｐをそれぞれ別構成として、３値記録を行った。

【０１４４】すなわち、各ヘッドＨＲとＨＰのカンチレ
バーを独別に構成し、記録媒体１０に対して接触状態で
用いられる記録および消去ヘッドの針状電極に関して
は、その磨耗を考慮して表面に形成される導電層を比較
的厚く形成した例えばその先端の曲率半径が５０〜１０
０ｎｍとするが、非接触状態で用いられる再生ヘッドＨ
Ｐに関してはその磨耗を考慮する必要がないことから、
表面導電層は薄く形成して、その針状電極の先端の曲率
半径は記録および消去ヘッドＨＲのそれより小さい３０
ｎｍ以下でその共振周波数を５ＭＨｚとした。

【０１４５】このように、再生ヘッドの針状電極の先端
の曲率半径を小さくすることによって、再生時の表面電
位の空間分解能の解像度を上げることができることか
ら、その最小記録領域の大きさを直径約６０ｎｍ以下に
まで小さくすることができた。

【０１４６】また、局所的に電荷が注入された領域は、
充分安定に保持できた。また、ヘテロダイン検出方式の
ＳＭＭを用いることにより、記録ビットの高周波数領域
での再生ができた。

【０１４７】このように、この実施例においても、高密
度記録再生装置として充分な機能をもっていることが確
認された。

【０１４８】また、この実施例では、図７で示した構成
による記録媒体を用いたが、他の構成、例えば図１３で
示した構成による電荷蓄積層を有する記録媒体を用いた
場合であっても本発明の本質が変わらないことは言うま
でもない。

【０１４９】さらに、本実施例では３値情報の記録再生
装置について示したが、本発明を３値情報の記録装置ま
たは再生装置として適用することが可能であることは言
うまでもない。

【０１５０】〔実施例６〕この実施例における針状電極
を有するカンチレバー記録ヘッドと記録媒体の基体との
間に電圧パルスを印加し、電子を電荷蓄積層のトラップ
へ注入することによる３値記録態様をとる場合である。

【０１５１】この場合の記録媒体１０は、図１４にその
概略断面図を示すように、Ｓｉ基体１１上に、その表面
熱酸化による下層絶縁層としての厚さ３ｎｍのＳｉＯ₂
膜７４を形成した後、プラズマＣＶＤ法によりＳｉナノ
結晶７５ｃを形成し、これの上に、Ｓｉ結晶７５ｃを埋
込む絶縁膜７５ｉを形成して、この絶縁膜７５ｉ中にナ
ノ結晶７５ｃが埋込まれて成るナノ結晶層７５を形成
し、続いてこれの上に、ＬＰＣＶＤ法により上層絶縁膜
として厚さ５ｎｍのＳｉＯ₂膜７６を形成して成る。

【０１５２】この記録媒体１０にＳｉナノ結晶層７５を
有する電荷蓄積層に対する記録は、前述した図２の記録
ヘッドＨＲによって行う。すなわち、記録媒体１０を、
移動載置台３０上に配置し、記録媒体１０の表面ＳｉＯ
₂層１６に、針状電極２１を、いわば微小面接触させ
て、載置台３０を移動させて記録媒体１０上に針状電極
２１を走査しつつ記録情報に基いてパルス電圧を印加し
て、導電性カンチレバーよりＳｉナノ結晶層を有する電
荷蓄積層のキャリアトラップに電子を局所的に注入して
情報の記録を行う。すなわち、キャリアトラップに局所
的に注入したキャリア（電子）の有無の記録情報に応じ
た電位パターンを形成する。

【０１５３】この記録媒体１０からの記録情報の読み出
しすなわち再生は、本実施例ではＳｉＯ₂膜１４をトン
ネルして主としてＳｉナノ結晶層１５のトラップに電子
を局所的に注入することによって局所的に電荷量の差が
生じさせ、電荷量の差の検出を表面電位Ｖｓの分布の検
出によって行う。

【０１５４】次に、この実施例６における記録消去再生
特性を示す。まず、記録媒体１０のＳｉＯ₂／Ｓｉ結晶
層／ＳｉＯ₂／Ｓｉ基体に５Ｖのパルス電圧をヘッドす
なわち針状電極２１から印加して、電子を主としてＳｉ
ナノ結晶層に存在する局所的なトラップに注入する。

【０１５５】次に、図３のＳＭＭ再生装置を用いて記録
媒体の局所的な注入電荷量の差を表面電位Ｖｓの分布と
して検出するＳＭＭによって３μｍ×３μｍのエリアを
評価した結果、表面形状は、パルス電圧を印加する前後
で変化は観察されず、パルス電圧を印加することによっ
て記録媒体の表面が変質することなく良好に保持されて
いることが分かった。ＳＭＭ像では２μｍ×２μｍの部
分でキャリアの注入させた部分のコントラストは周囲と
比較して暗くなっており、これは５Ｖのパルス電圧によ
って電子がＳｉ基体側よりトラップに局所的に注入さ
れ、負の電荷量が周囲と比較して増加していることを示
している。

【０１５６】以上より微細な記録ビットをＳＭＭ再生法
によって検出可能であることが分かった。注入電荷量の
差は電位差では約４０ｍＶであり、ＳＭＭの電位分解能
が１ｍＶであることから、例えばデジタル信号“０”及
び、“１”のデータの識別を充分行うことのできる値で
あることが分かった。また、−５Ｖのパルス電圧を記録
メディアにかけた場合、すなわち、上述のキャリアの注
入、すなわち記録は反対の極性の電圧を印加した場合、
ＳＭＭの電位分布で観察される画像のコントラストも逆
転していることが分かった。すなわち、記録媒体のトラ
ップに注入されるキャリアの量が反対になっていること
が分かる。

【０１５７】このことから、本実施例の記録媒体の局所
的な電荷の注入量がカンチレバー記録ヘッドよりのバイ
アス電圧印加により制御可能なことが示された。この最
高の表面電位、中間電位と周辺の電位、または電子の注
入と放出の各々の表面電位と周辺の電位を３種類の局所
的な記録ビットを、デジタルデータのストレージの
“０”と“１”および“２”に対応させることができ
る。すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部分と
周辺部で、デジタルデータの“０”，“１”および
“２”に対応させることにより３値情報を同一の記録ビ
ットに記録する高密度多値記録ができることが分かっ
た。また、種々の実験の結果、最小記録領域の直径を１
００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かった。
また、キャリア注入のスイッチング時間も１μｓよりの
小さいことが分かった。

【０１５８】また、図４に示したヘテロダイン検出ＳＭ
Ｍ法を用いることにより、１０ＭＨｚ以上の高周波数領
域での記録ビット信号の検出再生を行うことができた。
そして、局所的にキャリアを注入した領域は、充分安定
に保持されることが分かった。上述したように、この実
施例６では高密度記録再生装置として十分な機能をもっ
ていることが分かった。

【０１５９】〔実施例７〕この実施例では、記録媒体が
いわゆるディスク形状をなしている場合で、これを回転
させて３値情報の記録再生を行った。ヘッドは、実施例
５で確認した２種類の記録および再生用ヘッドを用い
た。また、記録媒体の構造は、実施例１と同様の記録媒
体を用いた。

【０１６０】この場合の３値情報の記録再生特性は、実
施例１と同様に確認することができた。また、記録媒体
と非接触状態で情報の再生を行っているため、記録媒体
が高速回転している場合でも、ヘッドと記録媒体間の摩
擦磨耗による影響を最小限に抑止することができた。ま
た、ヘテロダイン検出方式のＳＭＭを用いることによ
り、記録ビットの高周波数領域での再生ができた。

【０１６１】種々の実験の結果、この場合においても最
小記録ビット直径を１００ｎｍ以下にすることが可能で
あることが分かった。記録の消去時間は１μｓより小さ
くすることができた。また、局所的に電荷が注入された
領域は充分安定に保持された。

【０１６２】以上より、本実施例で高密度記録再生装置
として充分な機能をもっていることが確認された。この
実施例においても、図７で示した構成による記録媒体を
用いたが、他の構成、例えば図１３、図１４で示した構
成による電荷蓄積層を有する記録媒体を用いた場合であ
っても本発明の本質が変わらないことは言うまでもな
い。

【０１６３】さらに、本実施例では３値情報の記録再生
装置について示したが、本発明を３値情報の記録装置ま
たは再生装置として適用することが可能であることは言
うまでもない。

【０１６４】〔実施例８〕この実施例においては、実施
例１と同様の構成による記録媒体を用い、実施例１と同
様の記録装置によって３値記録を行った場合である。

【０１６５】しかしながら、この実施例８においては、
その記録情報の再生を、図５で説明したＫＦＭで検出再
生した場合である。

【０１６６】この実施例における記録消去再生特性を示
す。まず、記録媒体１０に、−９Ｖまたは＋９Ｖのパル
ス電圧を、針状電極を含むヘッドＨＲの針状電極２１か
ら、これに近接した場所に印加して、電子を界面付近の
トラップに局所的に注入または放出する。

【０１６７】９Ｖ、４ｍｓのパルス電圧を印加した場合
の記録ビットパターンを、ＫＦＭで検出再生した場合の
表面電位像を検討した。図８〜図１０で示したＳＭＭ再
生法の場合と同様に、周囲と比較して表面電位が増大し
ている部分が情報“２”と、周囲と同一の表面電位の分
が情報の“１”に対応させることができることが分かっ
た。また、−９Ｖ、４ｍｓのパルス電圧を印加すること
により、周囲と比較して表面電位が減少している部分が
生じ、この表面電位を情報“０”に対応させることがで
きる。このことより、３値情報の記録、再生ができるこ
とが分かった。

【０１６８】次に、ＫＦＭ再生装置を用いて、上述の記
録媒体に対する記録、すなわち局所的な注入電荷量の差
を表面電位Ｖｓの分布として検出した。この場合、共振
周波数５ＭＨｚのカンチレバーを用い、５ＭＨｚの高周
波数領域で表面電位分布を評価した。

【０１６９】その結果、表面形状は、パルス電圧を印加
する前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加するこ
とによって記録媒体の表面が変質することなく良好に保
持されていることが分かった。

【０１７０】ＫＦＭ像において電子が注入または放出さ
れた部分にコントラストが生じ、記録ビットが再生され
たことを確認した。その表面電位は周辺と比較して増大
または減少していることが分かり、パルス電圧の極性に
よって記録ビットの極性が対応することが分かった。こ
の２種類の極性の表面電位と周辺の電子の注入または放
出されていない位置の表面電位とを併せて３値の情報の
記録再生が可能なことが分かった。

【０１７１】また、共振周波数を５ＭＨｚのカンチレバ
ーの再生ヘッドを用いたＫＦＭ再生法を用いることによ
り、５ＭＨｚでの高周波数領域でも５−１０ｋＨｚと同
様な表面電位分布が得られていることが分かった。ま
た、共振周波数が１０ＭＨｚ以上で十分バネ定数の小さ
いカンチレバーを作製することは可能であり、その結果
として１０ＭＨｚ以上の高周波数領域においても記録ビ
ットの検出再生ができることを示すものである。

【０１７２】キャリアの注入電荷量の差は電位差で約７
０ｍＶであり、ＫＦＭの電位分解能が３ｍＶであること
から、例えばデジタル信号“０”，“１”および“２”
のデータの識別を充分行うことのできる値であることが
分かった。

【０１７３】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷の注入量がカンチレバー記録ヘッドよりのバ
イアス電圧印加により制御できることが示された。

【０１７４】この２種類の局所的な電荷に起因した表面
電位の値をデジタルデータのストレージの“０”，
“１”と“２”に対応させることができることが分かっ
た。

【０１７５】種々の実験の結果、最小記録ビットの直径
を１００ｎｍ以下にすることができることが分かった。
また、キャリア注入の記録、消去時間も１μｓよりの小
さくすることができることが分かった。

【０１７６】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。上述したよ
うに、この実施例では３値記録の高密度記録再生装置と
して十分な機能をもっていることが分かった。

【０１７７】本実施例では３値情報の記録、再生装置に
ついて示したが、本発明を３値情報の記録装置または再
生装置に適用することは可能である。

【０１７８】〔実施例９〕本実施例では、実施例８と同
様の記録ヘッド、記録媒体を用いて、５値情報の記録再
生消去の検討結果を示した。図１２に記録ビット最大表
面電位のパルス電圧依存性を示した。この図より表面電
位はパルス電圧が増大するにつれて単調に増大している
ことが分かる。また、上記傾向はパルス電圧の極性が反
対の場合に依存せず、パルス電圧の極性が反対の場合も
図１２と同様な傾向を示すことが分かった。そこで、情
報を以下に示す表面電位に分割して５値の記録再生を行
った。

【０１７９】情報“０”として表面電位 −４０ｍＶ以下情報“１”として表面電位 −３５ｍＶ〜−１５ｍＶ情報“２”として表面電位 −１０ｍＶ〜＋１０ｍＶ情報“３”として表面電位＋１５ｍＶ〜＋３５ｍＶ情報“４”として表面電位＋４０ｍＶ以上

【０１８０】データの書き込みはプラスマイナス１０Ｖ
またはプラスマイナス６Ｖの電圧パルスの印加で行い、
多値記録が可能な表面電位の値を制御した。

【０１８１】再生はＫＦＭの表面電位分布の表面電位差
として、局所的な電荷トラップ領域に記録させた情報を
読み出した。

【０１８２】ＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近のトラップに存
在する電荷の状態を表面電位としてパルス印加電圧によ
り制御し、デジタルデータの“０”，“１”，“２”，
“３”および“４”に対応する表面電位が得られること
が分かった。ビット情報間の電位差は、ＫＦＭの検出感
度３ｍＶに対して充分とれることが分かった。

【０１８３】以上より、表面電位の極性と大きさをパル
ス電圧の極性と電圧の大きさで制御して、５値の情報の
記録再生消去を実現した。

【０１８４】また、先端直径の鋭い針状電極を含むヘッ
ドを用いることにより、記録ビットの直径も１００ｎｍ
以下になることが分かった。また、局所的に電荷が注入
または放出された記録ビット領域は充分安定に保持され
ることが分かった。

【０１８５】以上より、この実施例において、５値記録
の高密度記録再生装置として充分な機能をもっているこ
とが分かった。

【０１８６】本実施例では５値情報の記録、再生につい
て示したが、本発明が５値情報の記録装置または再生装
置としても適用可能なことは言うまでもない。

【０１８７】〔実施例１０〕この実施例における記録お
よび記録媒体は、実施例３と同様の記録方法および記録
媒体を用いて行った。すなわち、この実施例において
も、図１３で説明した記録媒体を用い、そのキャリアト
ラップへの針状電極を含む記録ヘッドから電子の注入に
よって３値記録を行った場合である。

【０１８８】この実施例においても、実施例８および９
に比し、ヘテロ界面の数が１．５倍になっているため、
その結果として、界面に存在し得るキャリアトラップの
濃度も大となる。

【０１８９】そして、この実施例においては、図５で説
明した通常のＫＦＭ再生装置を用いて記録媒体の電荷蓄
積層における局所的な注入または放出電荷量の差を表面
電位Ｖｓの分布として検出する。

【０１９０】この実施例における記録消去再生特性を示
す。まず、記録媒体１０に、−９Ｖまたは９Ｖのパルス
電圧を、針状電極を含むヘッドＨＲの針状電極２１か
ら、これに近接した場所に印加して、局所的に電子を界
面トラップに注入または放出する。３値情報は、以下の
表面電位に分割して記録、再生した。

【０１９１】情報“０”として表面電位 −７０ｍＶ〜−３０ｍＶ情報“１”として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報“２”として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ

【０１９２】次に、通常のＫＦＭによって３μｍ×３μ
ｍのエリアを評価した結果、表面形状は、パルス電圧を
印加する直後で変化は観察されず、パルス電圧を印加す
ることによって記録媒体の表面が変質することなく良好
に保持されていることが分かった。

【０１９３】ＫＦＭ像では３μｍ×３μｍの部分でキャ
リアの注入または放出させた部分の表面電位のコントラ
ストは周囲と比較して低下した。これは−９Ｖまたは９
Ｖのパルス電圧印加によって電子が導電性カンチレバー
よりヘテロ界面付近のトラップに局所的に注入または放
出され、その結果として表面電位の値が周囲と比較して
増加または減少していること、すなわち、記録ビットが
形成されていることを示した。

【０１９４】また、ＫＦＭのスキャンエリアをさらに小
さくして、例えば１．５μｍ×１．５μｍとして、同様
な実験を試みた場合も、電子のキャリア注入または放出
により電荷量が増大または減少している記録ビットが検
出された。

【０１９５】以上より微細な記録ビットをＫＦＭによっ
て検出可能であることが分かった。ＫＦＭの電位分解能
が３ｍＶであることから、例えばデジタル信号“０”，
“１”および“２”のデータの識別を充分行うことので
きる値であることが分かった。

【０１９６】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷の注入または放出量がカンチレバー記録ヘッ
ドよりのバイアス電圧印加により制御可能なことが示さ
れた。

【０１９７】この２種類の局所的な電荷の有無をデジタ
ルデータのストレージの“０”，“１”と“２”に対応
させることができる。すなわち、周辺部と比較して表面
電位の低い部分と高い部分と周辺の部分でデジタルデー
タの“０”，“１”と“２”に対応させることにより３
値情報の高密度記録がのできることが分かった。

【０１９８】種々の実験の結果、最小記録領域の直径を
１００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かっ
た。また、キャリア注入の記録、消去時間も１μｓより
小さいことが分かった。

【０１９９】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。上述したよ
うに、この実施例３では高密度記録再生装置として十分
な機能をもっていることが分かった。

【０２００】尚、この実施例ではＳｉＮ／ＳｉＯ₂ヘテ
ロ界面が３種類形成されている場合について示したが、
ヘテロ界面が１種類の場合、すなわち、ＳｉＮ／ＳｉＯ
₂／Ｓｉ構成による記録媒体の場合も、３値記録の記
録、再生、消去ができることを確認した。

【０２０１】さらに、本実施例では３値情報の記録再生
装置について示したが、本発明を３値情報の記録装置ま
たは再生装置として適用することが可能であることは言
うまでもない。

【０２０２】〔実施例１１〕この実施例では、実施例４
におけると同様に、蓄積キャリアをＳｉ基体側から電荷
蓄積記録のキャリアトラップに注入する方式での３値情
報の記録再生を行った場合である。

【０２０３】この実施例で用いた記録媒体は、実施例１
におけると同様に、図７に示すように、ＳｉＯ₂膜１４
（３ｎｍ）、ＳｉＮ膜１５（１０ｎｍ）およびＳｉＯ₂
膜１６の構成によるものの、この実施例で用いた記録媒
体においては、そのＳｉＯ₂膜１６を熱ＣＶＤ法によっ
て形成し、その膜厚を５ｎｍとした。

【０２０４】そして、その記録、消去、および再生方法
は、実施例７と同様の方法によった。この場合の３値記
録での表面電位分布の分割は次の通りである。

【０２０５】情報“０”として表面電位 −７０ｍＶ〜−３０ｍＶ情報“１”として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報“２”として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ

【０２０６】実施例１および７と同様に、カンチレバー
にパルス電圧を印加することにより、Ｓｉ基体側から電
荷蓄積記録の電子を注入、放出することができ、その結
果として、３値記録での記録ビットの記録再生消去が可
能であることが分かった。

【０２０７】この実施例における記録再生特性は、実施
例１および７と同等の特性が得られた。また、この実施
例では再生に共振周波数５ＭＨｚのカンチレバーを用い
たＫＦＭ再生装置を用いたことにより、記録ビット５Ｍ
Ｈｚまでの高周波数領域での高速な再生が可能になっ
た。

【０２０８】さらに、本実施例では３値情報の記録再生
装置について示したが、本発明を３値情報の記録装置ま
たは再生装置として適用することが可能であることは言
うまでもない。

【０２０９】〔実施例１２〕この実施例では、蓄積キャ
リアをＳｉ基体側から電荷蓄積層のキャリアトラップに
注入する方法を取った場合で、その３値情報の記録再生
の結果を示す。この実施例では３値情報の再生にＳＣＭ
を用いた静電容量の変化量を記録に対して接触した状態
で検出再生している。

【０２１０】この実施例で用いた記録媒体は、実施例１
および７におけると同様に、図７に示すように、ＳｉＯ
₂膜１４（３ｎｍ）、ＳｉＮ膜１５（１０ｎｍ）および
ＳｉＯ₂膜１６の構成によるものの、この実施例で用い
た記録媒体においては、そのＳｉＯ₂膜１６を熱ＣＶＤ
法によって形成し、その膜厚を５ｎｍとした。

【０２１１】３値記録での静電容量の分布を表面電位分
布で表わし電位分布の分割は以下に示す通りである。情報“０”として表面電位 −７０ｍＶ〜−３０ｍＶ情報“１”として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報“２”として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ

【０２１２】実施例１および７と同様に、カンチレバー
にパルス電圧を印加することにより、Ｓｉ基体側から電
荷蓄積記録の電子を注入、放出することができ、その結
果として、３値記録での記録ビットの記録再生消去が可
能であることがわかった。

【０２１３】記録ビットの記録再生特性についてはこの
実施例も実施例７と同等の特性が得られた。記録再生ヘ
ッドとして用いたカンチレバーはヘッドと記録媒体との
間の浮遊容量を低減するような設計がなされている。

【０２１４】また、この実施例では再生にＳＣＭ再生技
術を用いているため、記録ビット１０ＭＨｚ以上の高周
波数領域での高速な再生が可能になった。

【０２１５】本実施例では３値情報の記録、再生装置に
ついて示したが、本発明は３値情報の記録装置または再
生装置に適用可能なことは言うまでもない。

【０２１６】〔実施例１３〕この実施例における記録媒
体は、カンチレバーと記録媒体に電圧パルスを印加する
ことにより、電子を記録媒体の電荷蓄積層のトラップへ
局所的に注入または放出することによる３値記録態様を
とった場合である。

【０２１７】この場合の記録媒体１０は、図１４で示し
た、前記実施例６と同一のものを用いた。この電荷蓄積
層を有する記録媒体１０に対する記録は、前述した図２
の記録ヘッドＨＲによって行う。すなわち、記録媒体１
０を、移動載置台３０上に配置し、記録媒体１０の表面
ＳｉＯ₂層１８に、針状電極２１を、いわば微小面接触
させて、載置台３０を移動させて記録媒体１０上に針状
電極２１を走査しつつ記録情報に基づいてパルス電圧を
印加して、導電性カンチレバーよりＳｉナノ結晶層付近
に存在するキャリアトラップに電子を局所的に注入して
情報の記録を行う。すなわち、キャリアトラップに局所
的に注入したキャリア（電子）の有無の記録情報に応じ
た電位パターンを形成する。

【０２１８】この記録媒体１０からの記録情報の読み出
しすなわち再生は、本実施例では主としてＳｉナノ結晶
のキャリアトラップにＳｉ基体より電子を局所的に注入
することによって局所的に電荷量の差を生じさせ、電荷
量の差の検出を表面電位Ｖｓの分布の検出によって行
う。

【０２１９】次に、この実施例１３における記録消去再
生特性を示す。まず、記録媒体１０のＳｉＯ₂／Ｓｉナ
ノ結晶層／ＳｉＯ₂／Ｓｉナノ結晶層／ＳｉＯ₂膜／Ｓ
ｉ基体（以下材料２という）に５Ｖのパルス電圧を針状
電極２１から印加して、局所的に電子を界面トラップに
注入する。

【０２２０】次に、図５のＫＦＭ再生装置を用いて記録
媒体の局所的な注入電荷量の差を表面電位Ｖｓの分布と
して検出する。ＫＦＭによって３μｍ×３μｍのエリア
を評価した結果、表面形状は、パルス電圧を印加する前
後で変化は観察されず、パルス電圧を印加することによ
って記録媒体の表面が変質することなく良好に保持され
ていることが分かった。

【０２２１】ＫＦＭ像では３μｍ×３μｍの部分でキャ
リアの注入させた部分の表面電位は周辺部と比較して低
くなっており、電子注入により記録ビットが形成される
ことが分かった。

【０２２２】また、ＫＦＭのスキャンエリアをさらに小
さくして、例えば１．５μｍ×１．５μｍとして、同様
のキャリア注入を試みた場合も、キャリア（電子）の注
入により表面電位が周辺と比較して減少している記録ビ
ットが検出再生された。

【０２２３】以上より微細な記録ビットをＫＦＭによっ
て検出可能であることが分かった。注入電荷量の周辺電
位との差は電位差では約４０ｍＶであり、ＫＦＭの電位
分解能が３ｍＶであることから、中間電位と周辺電位を
考慮すると、例えばデジタル信号“０”，“１”及び
“２”のデータの識別を充分行うことのできる値である
ことが分かった。

【０２２４】また、−５Ｖのパルス電圧を記録媒体にか
けた場合、すなわち、上述のキャリアの注入（記録）と
は反対の極性の電圧を印加した場合、ＫＦＭの電位分布
で観察される画像のコントラストも逆転していることが
分かった。すなわち、記録媒体のトラップに注入される
キャリアの量が反対になっていることが分かる。

【０２２５】このことから、本実施例の記録媒体の局所
的な電荷の注入量がカンチレバー記録ヘッドよりのバイ
アス電圧印加により制御可能なことが示された。この最
高の表面電位、中間電位と周辺電位、または電子の注入
と放出に対応する各々の電位と周辺電位を３種類の表面
電位を有する局所的な記録ビットをデジタルデータのス
トレージの“０”と“１”及び“２”に対応させること
ができる。すなわち、コントラストの明るい部分と暗い
部分と周辺部でデジタルデータの“０”，“１”及び
“２”に対応させることにより３値情報を同一の記録ビ
ットに記録する高密度多値記録が可能であることが分か
った。

【０２２６】種々の実験の結果、最小記録領域の直径を
１００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かっ
た。また、キャリア注入のスイッチング時間も１μｓよ
りの小さいことが分かった。

【０２２７】また、記録ヘッドの共振周波数が十分大き
く（１０ＭＨｚオーダ）、バネ定数が十分小さく（約１
Ｎ／ｍ）することにより、記録ビットの５ＭＨｚ帯での
高速な再生が可能になった。そして、局所的にキャリア
を注入した領域は、十分安定に保持されることが分かっ
た。上述したように、この実施例１３では高密度記録再
生装置として十分な機能をもっていることが分かった。

【０２２８】本実施例では記録媒体の電荷蓄積層が、ナ
ノ結晶層である場合に対して説明を行ったが、他の電荷
蓄積層による記録媒体に適用しても本発明の本質が変わ
らないことは言うまでもない。

【０２２９】〔実施例１４〕この実施例では記録媒体と
して、実施例１および７と同様の記録媒体を用い、図２
および図５で説明した記録および消去ヘッドＨＲと、再
生ヘッドＨＰをそれぞれ別構成として、３値記録を行っ
た。

【０２３０】すなわち、各ヘッドＨＲとＨＰのカンチレ
バーを独別に構成し、記録媒体１０に対して接触状態で
用いられる記録および消去ヘッドＨＲの針状電極に関し
ては、その磨耗を考慮して表面に形成される導電層を比
較的厚く形成した例えばその先端の曲率半径が５０〜１
００ｎｍとするが、非接触状態で用いられる再生ヘッド
ＨＰに関してはその磨耗を考慮する必要がないことか
ら、表面導電層は薄く形成して、その針状電極の先端の
曲率半径は記録および消去ヘッドＨＲのそれより小さい
３０ｎｍ以下でその共振周波数を５ＭＨｚとした。

【０２３１】このように、再生ヘッドの針状電極の先端
の曲率半径を小さくすることによって、再生時の記録ビ
ットの空間分解能の解像度を上げることができることか
ら、その最小記録領域の大きさを直径約６０ｎｍ以下に
まで小さくすることができた。

【０２３２】また、局所的に電荷が注入された領域は、
充分安定に保持できた。また、共振周波数を５ＭＨｚの
再生ヘッドを用いたＫＦＭ再生を用いることにより、記
録ビットの５ＭＨｚまでの高周波数領域での再生が可能
になった。

【０２３３】上述したように、この実施例で高密度記録
再生装置として充分な機能をもっていることが確認され
た。

【０２３４】また、この実施例では電荷蓄積材料による
記録媒体を用いたが、他の実施例で示した電荷蓄積材料
を記録媒体に適用した場合であっても本発明の本質が変
わらないことは言うまでもない。

【０２３５】また、本実施例では３値情報の記録再生装
置について示したが、本発明は３値情報の記録装置また
は再生装置としても適用可能である。

【０２３６】〔実施例１５〕この実施例ではディスク形
状をしている記録媒体を回転させて３値情報の記録再生
を行った。ヘッドは実施例１４で確認した２種類の記録
および再生用ヘッドを用いた。また、記録媒体は実施例
１１で用いた記録媒体を用いた。

【０２３７】この場合の３値情報の記録再生特性は、実
施例７と同様に確認することができた。また、記録媒体
と非接触状態で情報の再生を行っているため、記録媒体
が高速回転している場合でも、ヘッドと記録媒体間の摩
擦磨耗による影響を最小限に抑止することができた。ま
た、共振周波数が５ＭＨｚより大きいカンチレバーを用
いたＫＦＭ再生技術を用いることにより、記録ビットの
高周波領域での再生が可能になった。

【０２３８】種々の実験の結果、この場合においても最
小記録ビット直径を１００ｎｍ以下にすることが可能で
あることが分かった。記録消去時間は１μｓより小さく
することができた。また、局所的に電荷が注入された領
域は充分安定に保持された。

【０２３９】以上より、この実施例で高密度記録再生装
置として充分な機能をもっていることが確認された。こ
の実施例では記録媒体として電荷蓄積材料１に対して説
明を行ったが、他の電荷蓄積材料を記録媒体に適用して
も本発明の本質が変わらないことは言うまでもない。

【０２４０】また、本実施例では３値情報の記録再生装
置について示したが、本発明は３値情報の記録装置また
は再生装置としても適用可能である。

【０２４１】以上、種々の実施例によって、本発明の有
効性を示したが、全ての実施例において、記録再生媒体
の最上部にダイヤモンドライクカーボン等の保護層を付
加した場合、記録再生装置および記録媒体の信頼性が向
上した。

【０２４２】尚、上述した各実施例で用いた記録媒体に
おいては、基体１１がＳｉ基体、すなわち半導体基体に
よって構成され、その裏面に下部電極１２がオーミック
に被着された構成とした場合であるが、例えば実施例３
におけるように、キャリアトラップに対して、記録ヘッ
ド側からキャリア（電子）の注入を行う記録態様を採る
場合には、基体１１は半導体基体である必要はなく、表
面が平滑な導電体例えば金属または導電性高分子基体に
よって構成することもできる。そして、このように基体
１１が高導電率を有する半導体基体あるいは金属基体ま
たは導電性高分子基体等によって構成する場合は、下部
電極１２が形成されない構成とすることができる。

【０２４３】上述したように本発明装置によれば、多値
記録による記録密度の向上、高周波数領域での記録再生
がはかられた。この本発明による高密度記録再生装置
は、従来に比較して実効的に１桁以上大きな記録密度を
実現できるものである。

【０２４４】尚、上述したように本発明装置においては
記録、再生ヘッドが針状電極を有する構成とするもので
あるが、この針状電極の機械的強度を補強するなどの目
的で針状電極の周囲に絶縁体を配するなど上述の各実施
例に限られず、種々の変更を行うことができる。

【０２４５】また、本発明による記録再生装置は、多値
情報の記録および再生の双方の機能を有する構成とする
こともできるし、記録機能がなく、上述の記録方法で記
録されている多値情報を再生する機能を有する構成とす
ることもできる。

【０２４６】以上、種々の実施例によって、本発明の有
効性を示したが、各実施例においては、すべて単一の記
録ヘッド、または再生ヘッドを用いた多値高密度記録に
ついての実施例であった。しかしながら、記録または再
生ヘッドの数を複数にした集積マルチヘッドを用いた同
時並列記録、または並列再生、または並列記録再生を行
う場合であっても、一つの記録ビットに３値以上の情報
を記録する多値高密度記録に本発明を適用できることは
言うまでもない。

【０２４７】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、極め
て優れた記録密度、記録再生速度を有するため、従来技
術と比較して格段に優れた高密度記録装置が実現され
た。したがって、高度情報化社会に必要とされる大容量
で高速なアクセスが必要とされる画像情報のストレー
ジ、ハイビジョン放送などの画像の記録およびコンピュ
ータにおける大容量なデータの記録に有効な記録、再生
および記録再生装置となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置に用いる記録媒体の基本的構成を示
す図である。

【図２】本発明装置の記録消去機構の一例の構成図であ
る。

【図３】本発明装置の再生装置の一例の構成図である。

【図４】本発明装置の再生装置の一例の構成図である。

【図５】本発明装置の再生装置の一例の構成図である。

【図６】本発明装置の再生装置の一例の構成図である。

【図７】本発明装置に用いる記録媒体の一例の概略断面
図である。

【図８】本発明装置の一例の走査型マックスウエル応力
顕微鏡における表面電位分布を示すディスプレイ上に表
示した中間調画像である。

【図９】本発明装置の一例の走査型マックスウエル応力
顕微鏡における表面電位分布を示すディスプレイ上に表
示した中間調画像である。

【図１０】本発明装置の一例の走査型マックスウエル応
力顕微鏡における表面電位分布を示すディスプレイ上に
表示した中間調画像である。

【図１１】本発明装置の一例の走査型マックスウエル応
力顕微鏡における表面電位分布を示すディスプレイ上に
表示した中間調画像である。

【図１２】本発明装置の一例の表面電位のパルス電位依
存性を示す図である。

【図１３】本発明装置に用いる記録媒体の一例の概略断
面図である。

【図１４】本発明装置に用いる記録媒体の一例の概略断
面図である。

【図１５】従来装置に用いる記録媒体の一例の概略断面
図である。

【符号の説明】

１０記録媒体、１１基体、１２下部電極、１３
活性層、２２カンチレバー

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１２月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】針状電極を含むヘッドを有し、記録媒体に対して、前記ヘッドの前記針状電極から電圧
印加を行うことにより、前記記録媒体に存在する電子ま
たはホールトラップの所定領域への電荷移動を行って１
個の記録ビットに３値以上の情報を記録することを特徴
とする記録装置。
【請求項２】針状電極を含むヘッドを有し、該ヘッドの前記針状電極を、記録媒体に対して接触ある
いは非接触させた状態で、該記録媒体に存在する電子ま
たはホールトラップの所定領域への電荷移動により１個
の記録ビットに３値以上の情報が記録された記録情報
を、前記所定領域における電荷、表面電位または静電容
量の変化量の検出によって再生することを特徴とする再
生装置。
【請求項３】針状電極を含むヘッドを有し、記録媒体に対して、前記ヘッドの前記針状電極から電圧
印加を行うことにより、前記記録媒体に存在する電子ま
たはホールトラップの所定領域への電荷移動を行って１
個の記録ビットに３値以上の情報を記録し、針状電極を含むヘッドによる針状電極を、前記記録媒体
に対して接触あるいは非接触させた状態で、該記録媒体
の前記所定領域における情報を、該所定領域における電
荷、表面電位または静電容量の変化量の検出によって再
生することを特徴とする記録再生装置。
【請求項４】上記ヘッドが、前記記録媒体に非接触な
状態で、前記所定領域に記録された情報を、該領域にお
ける電荷、表面電位または静電容量の変化量をヘテロダ
イン法による検出によって再生することを特徴とする請
求項２に記載の再生装置。
【請求項５】前記ヘッドが、前記記録媒体に非接触な
状態で、前記所定領域に記録された情報を、該領域にお
ける電荷、表面電位または静電容量の変化量をヘテロダ
イン法による検出によって再生することを特徴とする請
求項３に記載の記録再生装置。
【請求項６】前記ヘッドが、前記記録媒体に非接触な
状態で、前記所定領域に記録された情報を、該領域にお
ける電荷、表面電位または静電容量の変化量を、ヘッド
の共振周波数の周波数、位相、振幅の変化量として検出
することによって再生することを特徴とする請求項２に
記載の再生装置。
【請求項７】前記ヘッドが、前記記録媒体に非接触な
状態で、前記所定領域に記録された情報を、該領域にお
ける電荷、表面電位または静電容量の変化量を、ヘッド
の共振周波数の周波数、位相、振幅の変化量として検出
することによって再生することを特徴とする請求項３に
記載の記録再生装置。
【請求項８】記録用ヘッドと再生用ヘッドとが共通の
ヘッドとされたことを特徴とする請求項３に記載の記録
再生装置。
【請求項９】記録用ヘッドと再生用ヘッドとがそれぞ
れ設けられたことを特徴とする請求項３に記載の記録再
生装置。
【請求項１０】前記ヘッドに２０Ｖ以下の電圧を印加
することにより情報の記録または消去を行い、前記記録
媒体の単位記録領域が直径１００ｎｍ以下とされたこと
を特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項１１】前記ヘッドに２０Ｖ以下の電圧を印加
することにより情報の記録または消去を行い、前記記録
媒体の単位記録領域が直径１００ｎｍ以下とされたこと
を特徴とする請求項３に記載の記録再生装置。
【請求項１２】単位記録領域の記録時間を、１μｓ以
下とすることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項１３】単位記録領域の記録時間を、１μｓ以
下とすることを特徴とする請求項３に記載の記録再生装
置。
【請求項１４】単位記録領域の再生時間を、１μｓ以
下とすることを特徴とする請求項２に記載の再生装置。
【請求項１５】単位記録領域の再生時間を、１μｓ以
下とすることを特徴とする請求項３に記載の記録再生装
置。
【請求項１６】情報の記録を、前記ヘッドを前記記録
媒体に接触させて行うことを特徴とする請求項１に記載
の記録装置。
【請求項１７】情報の記録を、前記ヘッドを前記記録
媒体に接触させて行うことを特徴とする請求項３に記載
の記録再生装置。
【請求項１８】前記記録を、前記記録媒体を回転また
は並進させて行うことを特徴とする請求項１に記載の記
録装置。
【請求項１９】前記再生を、前記記録媒体を回転また
は並進させて行うことを特徴とする請求項２に記載の再
生装置。
【請求項２０】前記記録または再生を、前記記録媒体
を回転または並進させて行うことを特徴とする請求項３
に記載の記録再生装置。
【請求項２１】前記記録媒体は、十分なキャリアトラ
ップを有するヘテロ層を含むことを特徴とする請求項１
に記載の記録装置。
【請求項２２】前記記録媒体は、十分なキャリアトラ
ップを有するヘテロ層を含むことを特徴とする請求項２
に記載の再生装置。
【請求項２３】前記記録媒体は、十分なキャリアトラ
ップを有するヘテロ層を含むことを特徴とする請求項３
に記載の記録装置。
【請求項２４】前記記録媒体は、２層以上のヘテロ層
を有し、十分なキャリアトラップを有するヘテロ界面、
ヘテロ層を含むことを特徴とする請求項１記載の記録再
生装置。
【請求項２５】前記記録媒体は、２層以上のヘテロ層
を有し、十分なキャリアトラップを有するヘテロ界面、
ヘテロ層を含むことを特徴とする請求項２記載の記録再
生装置。
【請求項２６】前記記録媒体は、２層以上のヘテロ層
を有し、十分なキャリアトラップを有するヘテロ界面、
ヘテロ層を含むことを特徴とする請求項３記載の記録再
生装置。
【請求項２７】前記記録媒体は、導電性シリコン基体
上に少なくとも酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を有す
ることを特徴とする請求項２２に記載の記録装置。
【請求項２８】前記記録媒体は、導電性シリコン基体
上に少なくとも酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を有す
ることを特徴とする請求項２３に記載の再生装置。
【請求項２９】前記記録媒体は、導電性シリコン基体
上に少なくとも酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を有す
ることを特徴とする請求項２４に記載の記録再生装置。
【請求項３０】前記記録媒体は、十分なキャリアトラ
ップを有するナノ結晶を含むことを特徴とする請求項１
に記載の記録装置。
【請求項３１】前記記録媒体は、十分なキャリアトラッ
プを有するナノ結晶を含むことを特徴とする請求項２に
記載の再生装置。
【請求項３２】前記記録媒体は、十分なキャリアトラ
ップを有するナノ結晶を含むことを特徴とする請求項３
に記載の記録再生装置。
【請求項３３】前記記録媒体は、導電性シリコン基体
上に少なくとも酸化シリコン膜、シリコンナノ結晶層を
有することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項３４】前記記録媒体は、導電性シリコン基体
上に少なくとも酸化シリコン膜、シリコンナノ結晶層を
有することを特徴とする請求項２に記載の再生装置。
【請求項３５】前記記録媒体は、導電性シリコン基体
上に少なくとも酸化シリコン膜、シリコンナノ結晶層を
有することを特徴とする請求項３に記載の記録再生装
置。