JPH1081951A

JPH1081951A - 記録媒体とその製造方法、及び該記録媒体を用いた情報記録再生装置

Info

Publication number: JPH1081951A
Application number: JP25233596A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kawasaki; 岳彦川崎; Tsutomu Ikeda; 勉池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、記録層に用いる強誘電体との反応性
が低く、さらに高い平滑性を持つと共に記録エリア内の
結晶粒界数を大幅に低減した下部電極を用いることによ
り、さらなる大容量化のためのビット径の微細化に対応
できる高い均一性を持った記録媒体とその製造方法、及
び該記録媒体を用いた情報記録再生装置を提供すること
を目的としている。【解決手段】本発明は、上記課題を解決するため、走査
型プローブ顕微鏡の原理を応用した情報記録再生装置に
用いる記録媒体において、基材上に形成した１μｍ以上
の粒径を有する平板状金単結晶または金単結晶群よりな
る下部電極と、該下部電極上に形成した強誘電体からな
る記録層とを有する記録媒体と、該記録媒体の製造方
法、及び該記録媒体を用いた情報記録再生装置を提供す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡の原理を応用した情報記録再生装置に用いる記録媒
体とその製造方法、及び情報記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信の発展にともない、画
像、音声等を含む大量のデータを取り扱う情報機器の需
要が増大し、開発も活発に進んでいる。その中でも特に
メモリー素子については、従来より用いられていた磁気
メモリや半導体メモリに加え、有機薄膜を用いた光メモ
リなども登場している。メモリー素子に要求される性能
は年を追うごとに高度化してきており、高い信頼性に加
えて、大容量化が急激に進んでいる。

【０００３】一方、近年、物質表面を極めて高い分解能
で観察可能な装置として、走査型プローブ顕微鏡（Ｓｃ
ａｎｎｉｎｇＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以
下ＳＰＭ）が開発されている。これは、プローブ先端と
物質表面をごく近接させた時に生じる各種の相互作用を
利用したもので、プローブと物質表面を相対的に走査し
て、物質表面の微細な形状や、導電率などの諸物理特性
の分布を直接観察するものである。ＳＰＭによれば、物
質表面の原子配列といった極めて微細な情報まで得るこ
とができる。

【０００４】さらには近年、これらＳＰＭの原理を応用
し、物質表面に各種の加工を行う微細加工装置や、記録
媒体表面に記録ビットを形成して記録を行いさらにその
再生を行う情報記録再生装置も提案されている。これら
ＳＰＭの原理を応用した記録再生装置においては、十分
に原子オーダー（サブ・ナノメートル）の高密度記録再
生が可能となる。

【０００５】ＳＰＭの原理を応用した記録再生装置に用
いる記録媒体の例として、下部電極層と上部強誘電体層
とを有する記録媒体が提案されている（特開平５−２８
２７１７）。この例における記録の方法は、プローブと
下部電極層との間にパルス電圧印加回路により記録媒体
の上部強誘電体層の抗電界より大きな電界を印加し、こ
のパルス電圧の極性に対応して上部強誘電体層の自発分
極の方向が決まり、情報を記録するものである。このよ
うにして、記録ビットとして数１０ｎｍの間隔で”
１””０”の信号に対応して分極反転するものである。
また再生を行う場合には、プローブと下部電極層との間
に適当な電圧を印加し、プローブを走査することで、プ
ローブには記録媒体表面の表面電荷による静電力が作用
し、これを検出することで再生を行う。このような記録
媒体を用いた記録再生装置によれば、極めて安定な不揮
発性メモリシステムを実現できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のメモリシステムにおいて、近年のメモリに対する
厳しい要求を満たすべく、さらなる大容量化を達成して
いく上では、次に述べるような問題がある。すなわち、
大容量化のためには、さらに記録ビット径を微細化する
必要があるが、低エラーレートを保ちながらビット径を
微細化するためには、記録媒体にも高い均一性が必要と
なる。また、従来例においては、下部電極としてＰｔ、
Ａｕなどの金属を用い、これをスパッタリング法で薄膜
化して用いていた。このような方法で形成した薄膜は一
般に良く知られるように結晶の粒径が数ｎｍないし１μ
ｍ以下の微結晶が多数集まった多結晶膜となり、膜中に
は結晶粒界が極めて多数存在する。そして、このような
下部電極上に上部強誘電体層を形成した場合、下部電極
の結晶粒界付近において記録層である上部強誘電体層に
凹凸や配向の乱れが起きる。このため、記録エリア内の
記録層に特性の不均一な箇所が極めて多数存在し、さら
なる大容量化のためのビッ卜径の微細化に対応できるだ
けの高い均一性を得るのは難しかった。さらに、従来例
においては、下部電極として他にＳｉなどの半導体を用
いていたが、強誘電体は酸素を含有するために反応性の
高いＳｉ上に直接成長させるとＳｉを酸化してしまい、
強誘電体の組成比が部分的にずれるなどして高い均一性
を得るのは難しかった。

【０００７】そこで、本発明は上記従来例のものにおけ
る課題を解決し、記録層に用いる強誘電体との反応性が
低く、さらに高い平滑性を持つと共に記録エリア内の結
晶粒界数を大幅に低減した下部電極を用いることによ
り、さらなる大容量化のためのビット径の微細化に対応
できる高い均一性を持った記録媒体とその製造方法、及
び該記録媒体を用いた情報記録再生装置を提供するこを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の記録媒体は、上
記課題を解決するため、走査型プローブ顕微鏡の原理を
応用した情報記録再生装置に用いる記録媒体において、
基材上に形成した１μｍ以上の粒径を有する平板状金単
結晶または金単結晶群よりなる下部電極と、該下部電極
上に形成した強誘電体からなる記録層とを有することを
特徴としている。また、本発明の記録媒体の製造方法
は、走査型プローブ顕微鏡の原理を応用した情報記録再
生装置に用いる記録媒体の製造方法において、金錯体溶
液中の金錯体を分解処理することにより基材上に１μｍ
以上の粒径を有する平板状金単結晶または金単結晶群か
らなる下部電極を形成する工程と、該下部電極上に強誘
電体からなる記録層を形成する工程とを有することを特
徴としている。そして、前記下部電極を形成する工程
は、核形成密度の大きい材料からなる第１の面と、これ
に隣接して核形成密度の小さい材料からなる第２の面を
配した基材を作製し、金錯体溶液中の金錯体を分解処理
することによって前記基材の核形成密度の大きい材料か
らなる前記第１の面より平板状金単結晶を成長させ、前
記基材上に前記平板状金単結晶または金単結晶群からな
る下部電極を形成する工程からなることを特徴としてい
る。また、本発明の情報記録再生装置は、記録媒体と、
該記録媒体に対向して設けられた導電性プローブと、記
録媒体とプローブの間に電圧を印加する手段と、記録媒
体とプローブとの間の距離を制御する手段と、記録媒体
とプローブの間に働く力を検出する手段とを有する情報
記録再生装置において、上記した本発明の記録媒体で構
成されていることを特徴としている。そして、本発明
は、記録媒体の記録層の自発分極による電荷の変化を、
記録媒体とプローブの間に働く力の変化として検出する
ことにより情報の再生を行う記録再生装置に適用すると
より有効である。

【０００９】

【発明の実施の形態】上記した本発明の解決手段によれ
ば、記録層に用いる強誘電体との反応性が低く、さらに
高い平滑性を持つと共に記録エリア内の下地電極の結晶
粒界数を大幅に低減した下地電極を用いることにより、
ビット径の微細化に対応できる高い均一性を持った記録
媒体の作製が可能となる。また、この記録媒体を用いる
ことにより、低エラーレートで大容量化が可能な情報記
録再生装置を提供することができる。

【００１０】つぎに、図に基づいて本発明の内容をより
詳細に説明する。図１は、本発明の記録媒体の該略図を
示す。図１において、１は平板状金単結晶群からなる下
部電極、２は強誘電体からなる記録層、３は基材、４は
結晶の粒界である。本発明に用いる平板状金単結晶群か
らなる下部電極は、以下のような特徴を持つものであ
る。特開平５−２０１７９３に、金のヨウ化物錯体等の
ハロゲン化物の溶液から基材表面に金単結晶を析出させ
る方法が開示されている。この方法によれば、基材面に
対して結晶の（１１１）面が平行となる大型の平板状金
単結晶群を得ることができる。この方法においては、ま
ず金錯体溶液を、加熱によるハロゲン成分の揮発や還元
剤の添加等によって過飽和状態に移行させる。これによ
って過飽和状態となった金は基材上に核として析出し、
核形成密度が低い状態のまま、核が自己整合的に成長す
る。核は基材表面に対して縦方向：横方向が１：１００
〜２００程度のアスペクト比で成長し、平板状の結晶と
なる。また、更に成長を続けると結晶どうしが衝突し、
粒界が形成される。こうして基材表面方向への平均粒径
及び結晶粒界の間隔が５００μｍ〜２ｍｍ程度の平板状
金単結晶群を形成することができる。なお、この核形成
密度及び平均粒径は、錯体の種類、成長条件によって異
なるとともに、基材表面材料の種類に大きく依存する。

【００１１】このようにして形成した個々の平板状金単
結晶の表面は極めて平滑であり、走査型トンネル顕微鏡
による表面観察によれば表面の凹凸は５μｍ角内で０．
５ｎｍ以下のものを作製できる。またこの平板状金単結
晶は、電子線回折等による分析によれば、基材面に対し
て（１１１）面が平行で、ほぼ無欠陥のものを作製でき
る。なお、金錯体としては、ヨウ化金、臭化金、塩化金
などの金のハロゲン化物を用いることができる。分解処
理方法としては、溶液中からのハロゲン成分の揮発によ
る方法、飽和溶液の冷却による方法、溶液中への還元剤
の添加による方法などを用いることができる。

【００１２】この方法を用いれば、貴金属である金より
なり記録層に用いる強誘電体との反応性が低く、さらに
高い平滑性を持つと共に記録エリア内の下部電極の結晶
粒界の間隔が広く、粒界数を大幅に低減した下部電極を
作製できる。また、このような平板状金単結晶を、基材
上の所望の位置に成長させて下部電極を作製することも
できる。すなわち、基材上の結晶を成長させたい位置に
核形成密度の大きい材料からなる第１の面を配し、これ
に隣接して核形成密度の小さい材料からなる第２の面を
配した基材を作製し、さらに金錯体溶液中の金を過飽和
状態に移行させることにより金錯体を分解処理すること
で、基材の核形成密度の大きい材料からなる第１の面に
析出させた結晶核を中心に平板状金単結晶を成長させ
る。なお、核形成密度の大きい材料からなる第１の面
と、核形成密度の小さい材料からなる第２の面に用いる
材料は、相対的に核形成密度の差があれば良い。好まし
くは、核形成密度の大きい材料からなる第１の面に用い
る材料としては特に核形成密度の大きいＡｕ、Ｗ、Ｔ
ｉ、ＷＳｉ、ＭｏＳｉ、Ｆｅなどの導電体、半導体を用
い、核形成密度の小さい材料からなる第２の面に用いる
材料としては特に核形成密度の小さいＳｉＯ2、Ｓｉ
Ｃ、窒化シリコン、Ａｌ2Ｏ3などの絶縁体を用いる。

【００１３】このような方法によれば、基材上の所望の
点から粒径が５００μｍ〜２ｍｍ程度の平板状金単結晶
を形成して、半径およそ２５０μｍ〜１ｍｍ程度の広い
領域内に結晶粒界を持たない下部電極を作製できる。ま
た、適当な間隔を置いて核形成密度の大きい材料からな
る第１の面を複数設けることで、基材上の所望の複数の
点から粒径が５００μｍ〜２ｍｍ程度の平板状金単結晶
を形成して半径およそ２５０μｍ〜１ｍｍ程度の広い領
域内に結晶粒界を持たない下部電極を作製できる。本発
明の記録層に用いる材料としては、強誘電性を持つもの
であれば良く、例えばＰｂＴｉＯ3、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、
ＢａＴｉＯ3、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3やＰＺＴ、Ｐ
ＬＺＴ、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＶＤＦ／ＴｒＦＥ（フッ
化ビニリデン／３フッ化エチレン）共重合体、ＰＶＤＦ
（ポリフッ化ビニリデン）といった強誘電性高分子など
数多くの材料が挙げられる。

【００１４】図２に、本発明の情報記録再生装置の構成
例を示す。この例は、記録媒体とプローブの間に働く力
を検出する手段として、ＳＰＭの一種であるＡＦＭ（Ａ
ｔｏｍｉｃＦｏｒｃｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を応
用した例である。図２において、１は平板状金単結晶か
らなる下部電極、２は強誘電体からなる記録層、３は基
材、４は結晶の粒界、５は探針、６はカンチレバー、７
は導電体層、８はＸ−Ｙステージ、９は半導体レーザ
ー、１０は４分割フォトダイオード、１１は変位検出
系、１２はサーボ回路、１３はＸ−Ｙ駆動制御装置、１
４はＺ軸駆動装置、１５は記録電圧印加装置、１６は制
御用コンピュータである。図２の装置においては、記録
媒体と探針５及びカンチレバー６より構成されるプロー
ブの間に働く力を、弾性支持体であるカンチレバー６の
変位として検出するものである。カンチレバー６の変位
は、半導体レーザー９と４分割フォトダイオード１０を
用い、変位検出系１１からの信号として検出される。

【００１５】図２の装置においては、プローブの弾性支
持体としてカンチレバーを用いているが、記録媒体とプ
ローブの間に働く力を変位として検出できればとくに限
定されず、両持ち梁などとしても構わない。また、上記
弾性支持体の材料としては、Ａｕ、Ｎｉ、ＳＵＳ、Ｂｅ
ＣｕＰなどの箔を用いるのが良く、さらに微小な弾性支
持体を作製するには、マイクロメカニクスでよく用いら
れているＳｉＯ2薄膜やＳｉＮ薄膜等を用いることもで
きる。また、記録媒体とプローブの間に働く力を検出す
る手段としては、図２においては光てこによる検出法を
用いた例を示しているが、これに限定されるものではな
く、レーザー干渉法（ヘテロダイン検出）、静電容量変
化検出法、ＳＴＭを用いる方法、ピエゾ抵抗素子を用い
る方法等を用いることもできる。

【００１６】プローブは、記録媒体への電界の印加を行
うために導電性を持つ必要があり、導電体層７が設けら
れている。なお、プローブを導電性の材料を用いて作製
した場合は、この導電体層７は不要である。また、プロ
ーブは１本に限る必要はなく、複数設けても構わない。

【００１７】次に、本発明の情報記録再生装置における
記録再生の方法について、図２の例を用いて説明する。
ここでは分極処理後の記録媒体の自発分極の方向が下地
電極に対して垂直な場合について説明するが、他の方法
であっても同様に考えることができる。記録時において
は探針５と下地電極１の間に記録電圧印加装置１５によ
りパルス電圧を印加する。この時の電圧は記録媒体の強
誘電体の抗電界よりも大きな電界が印加されるように設
定すれば良い。このパルス電圧の極性に対応して記録媒
体の自発分極の方向が決まり、情報を記録することがで
きる。記録情報を再生する場合には、探針５と記録媒体
の下部電極１に適当な電圧を印加し、Ｘ−Ｙ駆動制御装
置１３によってＸ−Ｙステージ８を動かして探針５と記
録媒体を相対的に走査する。この時探針５には記録媒体
表面の自発分極方向による表面電荷によって静電力が作
用し、これがカンチレバーの変位の変化として検出され
る。なお、この情報の再生方法においては、記録媒体の
自発分極の方向によりプローブとの間に働く力を検出で
きるものであれば、上記方法に限らずに用いることがで
きる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。［実施例１］図１に、実施例１の記録媒体の概略図を示
す。図１において、１は平板状金単結晶からなる下部電
極、２は強誘電体からなる記録層、３は基材、４は結晶
の粒界である。次に、本実施例の記録媒体の作製方法に
ついて述べる。まず、平板状金単結晶群よりなる下部電
極１を以下のようにして作製した。蒸留水１リットルに
ヨウ化カリウム８０ｇ及びヨウ素１２ｇを投入して撹拌
溶解させ溶媒を作製し、更に金を３ｇ溶解させ、金錯体
を含有する成長溶液を作製した。これを分取し成長容器
に満たした。さらに基材３として、シリコンウエハを成
長溶液に投入し、成長溶液を８０℃に昇温し成長溶液中
からのヨウ素成分の揮発を促進した。このようにするこ
とで、成長溶液を過飽和状態に移行させ、基材３上に結
晶を成長させることができた。約１日間結晶の成長を行
ったところ、基材３上には、径が約２ｍｍの平板状金単
結晶群よりなる下部電極１が得られた。

【００１９】このようにして形成した個々の平板状金単
結晶の表面は極めて平滑であり、走査型トンネル顕微鏡
による表面観察によれば表面の凹凸は５μｍ角内で０．
５ｎｍ以下であった。また、電子線チャネリングコント
ラスト及びＸ線回折法で分析した結果、基材３に対して
（１１１）面が平行でほぼ無欠陥な単結晶であることを
確認した。すなわち、本実施例の方法によれば、貴金属
である金よりなり記録層に用いる強誘電体との反応性が
低く、さらに高い平滑性を持つと共に記録エリア内の下
部電極の結晶粒界の間隔が広く、粒界数を大幅に低減し
た下部電極を作製できた。さらに、この下部電極上に、
ＰＺＴ膜をスパッタリング法によって形成し、強誘電体
からなる記録層２を作製した。このＰＺＴ膜は、残留分
極は１５μＣ／ｃｍ²、抗電界は３０ｋＶ／ｃｍであっ
た。

【００２０】次に、この記録媒体を用いた情報記録再生
装置を作製した。図２に、本実施例の情報記録再生装置
の構成を示す。本実施例では、記録媒体とプローブの間
に働く力を検出する手段としてＡＦＭを応用した。図２
において、１は平板状金単結晶からなる下部電極、２は
強誘電体からなる記録層、３は基材、４は結晶の粒界、
５は探針、６はカンチレバー、７は導電体層、８はＸ−
Ｙステージ、９は半導体レーザー、１０は４分割フォト
ダイオード、１１は変位検出系、１２はサーボ回路、１
３はＸ−Ｙ駆動制御装置、１４はＺ軸駆動装置、１５は
記録電圧印加装置、１６は制御用コンピュータである。
本実施例の情報記録再生装置においては、探針５及びカ
ンチレバー６よりなるプローブはＳｉＮ膜を用いてマイ
クロメカニクス技術により作製したものを用いた。この
カンチレバー６のばね定数は０．１Ｎ／ｍであった。ま
た、探針５及びカンチレバー６の表面には導電体層７と
してＴｉ膜５ｎｍ、Ｐｔ膜０．１μｍを積層した。

【００２１】本実施例の情報記録再生装置を用いて、記
録再生を行った。カンチレバーの変位は、半導体レーザ
ー９によりレーザー光をカンチレバー６の裏面に照射
し、その反射光を４分割フォトダイオード１０及び変位
検出系１１で検出した。探針５の先端を下部電極１の平
板状金単結晶群の平滑面に、結晶粒界４を避けて位置合
わせをし、さらに記録層２の表面に近接させ、探針５と
下地電極１の間に記録電圧印加装置１５によりパルス電
圧を印加した。この時の電圧は記録媒体の強誘電体の抗
電界よりも大きな電界が印加されるように設定した。こ
のようにして、記録ビットとして１０ｎｍ以下の間隔
で”１””０”の信号に対応して分極反転した。なお、
記録ビットを形成した記録エリアは１ｍｍ×１ｍｍとし
た。さらに、探針５と記録媒体の下部電極１に適当な電
圧を印加し、Ｘ−Ｙ駆動制御装置１３によってＸ−Ｙス
テージ８を動かして探針と記録媒体を相対的に走査し、
記録媒体表面の自発分極方向による表面電荷によって探
針５に作用する静電力をカンチレバーの変位の変化とし
て検出して、再生を行うことができた。

【００２２】［実施例２］図３に、実施例２の記録媒体
の作製方法の該略図を示す。本実施例においては、基材
３上の結晶を成長させたい位置に核形成密度の大きい材
料からなる第１の面を配し、これに隣接して核形成密度
の小さい材料からなる第２の面を配した基材を作製し、
さらに金錯体溶液中の金を過飽和状態に移行させること
により金錯体を分解処理することで、基材の核形成密度
の大きい材料からなる第１の面に形成した結晶核より平
板状金単結晶を成長させ、下部電極を形成した例であ
る。

【００２３】まず、基材３の表面の結晶を成長させたい
位置に核形成密度の大きい材料からなる第１の面を配
し、これに隣接して核形成密度の小さい材料からなる第
２の面を配した基材３を作製した。図３ａに示したよう
に、全面に窒化シリコン皮膜１８を０．２μｍの厚さに
形成した２０ｍｍ×２０ｍｍで厚さ０．５ｍｍのシリコ
ンウエハ１７表面に、スパッタリング法によりＷ膜１９
を０．１μｍ堆積し、さらにその上にＥＣＲ−ＣＶＤ法
によりＳｉＯ2膜２０を０．２μｍ堆積した。続いて図
３ｂに示したようにフォトリソグラフィーとエッチング
を用いて基材３の所望の位置のＳｉＯ2膜２０を１０μ
ｍ×１０μｍの範囲で除去してＷ膜１９を露出させ、核
形成密度の大きい材料からなる第１の面２１を形成し
た。なお、この核形成密度の大きい材料からなる第１の
面２１は、後述するプローブとの位置合わせを容易に行
えるようにシリコンウエハ１７の端面からの距離をあら
かじめ決定して形成した。また、Ｗ膜１９を露出させた
核形成密度の大きい材料からなる第１の面２１に対し
て、絶縁体であるＳｉＯ2膜２０が露出した面は相対的
に核形成密度が小さく、核形成密度の小さい材料からな
る第２の面２２となる。以上のようにして基材３を用意
した。

【００２４】続いて図３ｃに示したように、用意した基
材３上の核形成密度の大きい材料からなる第１の面２１
より平板状金単結晶を成長させて、前記平板状金単結晶
からなる下部電極を形成した。平板状金単結晶の成長条
件は実施例１と同じとした。このようにすることで、基
材３上の核形成密度の大きい材料からなる第１の面２１
上より結晶を成長させることができた。約１日間結晶の
成長を行ったところ、基材３上には、核形成密度の大き
い材料からなる第１の面２１の箇所を中心にして成長し
た、径が約２ｍｍの平板状金単結晶よりなる下部電極１
が得られた。このようにして形成した平板状金単結晶の
表面は極めて平滑であり、走査型トンネル顕微鏡による
表面観察によれば表面の凹凸は５μｍ角内で０．５ｎｍ
以下であった。また、電子線チャネリングコントラスト
及びＸ線回折法で分析した結果、基材３に対して（１１
１）面が平行でほぼ無欠陥な単結晶であることを確認し
た。すなわち、本実施例の方法によれば、所望の位置に
形成した核形成密度の大きい材料からなる第１の面２１
の箇所を中心に、極めて広い領域において高い平滑性を
持つとともに結晶粒界を持たない下部電極を作製でき
た。さらに、図３ｄに示したように、この下部電極上
に、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜をクラスターイオンビーム蒸着法
によって形成し、強誘電体からなる記録層２を作製し
た。このＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜は、残留分極は１μＣ／ｃｍ
²、抗電界は３０ｋＶ／ｃｍであった。

【００２５】次に、本実施例の情報記録再生装置を用い
て、記録再生を行った。本実施例においては、探針５を
記録媒体の核形成密度の大きい材料からなる第１の面２
１に対応する位置に位置合わせをした後、探針５を記録
層２の表面に近接させ、実施例１と同様にして記録再生
を行った。本実施例においては記録エリアが平板状金単
結晶の粒径内となるように、結晶のほぼ中心となる核形
成密度の大きい材料からなる第１の面２１の箇所を中心
に１ｍｍ×１ｍｍとすることで、記録エリア内にまった
く結晶粒界を持たないようにすることができた。

【００２６】以上述べてきたように、本実施例の記録媒
体の作製方法においては、基材上に核形成密度の大きい
材料からなる第１の面及び核形成密度の小さい材料から
なる第２の面を形成する工程が必要となるため実施例１
と比較して作製工程数が増加するが、本実施例によれ
ば、平板状金単結晶が基材上の所望のあらかじめ決定さ
れている位置に形成できるため、探針の先端を下部電極
の平板状金単結晶の平滑面に位置合わせを行うことを容
易に行うことができ、記録再生の作業を簡単に行うこと
ができた。また、記録エリア内の下部電極にまったく結
晶粒界がないようにして記録再生を行えるため、記録媒
体の均一性が実質的により高くなり、より低いエラーレ
ートで記録再生を行うことができた。

【００２７】［実施例３］図４に、実施例３の記録媒体
の作製方法の該略図を示す。本実施例においては、基材
３上の複数の箇所の結晶を成長させたい位置に核形成密
度の大きい材料からなる第１の面２１を配列し、これに
隣接して核形成密度の小さい材料からなる第２の面２２
を配した基材を作製し、さらに金錯体溶液中の金を過飽
和状態に移行させることにより金錯体を分解処理するこ
とで、基材の核形成密度の大きい材料からなる第１の面
２１に形成した結晶核より平板状金単結晶を成長させ、
下部電極を形成した例である。さらに本実施例において
は、このようにして作製した複数の平板状金単結晶それ
ぞれの位置に対応して複数のプローブを設けて情報記録
再生装置を構成した。

【００２８】まず図４ａ及び図４ｂに示したように、実
施例２と同様にして、基材３の表面の結晶を成長させた
い位置に核形成密度の大きい材料からなる第１の面２１
を配し、これに隣接して核形成密度の小さい材料からな
る第２の面を配した基材３を作製した。本実施例におい
ては、この核形成密度の大きい材料からなる面２１は２
ｍｍ間隔で、複数個形成した。続いて図４ｃに示したよ
うに、用意した基材３上の核形成密度の大きい材料から
なる第１の面２１より平板状金単結晶を成長させて、前
記平板状金単結晶からなる下部電極を形成した。平板状
金単結晶の成長条件は実施例１と同じとした。このよう
にすることで、基材３上の核形成密度の大きい材料から
なる第１の面２１それぞれの上より１個ずつの平板状金
結晶を成長させることができた。約１日間結晶の成長を
行ったところ、基材３上には、核形成密度の大きい材料
からなる第１の面２１の箇所を中心にして成長した、径
が約２ｍｍの平板状金単結晶群よりなる下部電極１が得
られた。また、それぞれの結晶の間には粒界４が形成さ
れた。

【００２９】このようにして形成した平板状金単結晶の
表面は極めて平滑であり、走査型トンネル顕微鏡による
表面観察によれば表面の凹凸は５μｍ角内で０．５ｎｍ
以下であった。また、電子線チャネリングコントラスト
及びＸ線回折法で分析した結果、基材３に対して（１１
１）面が平行でほぼ無欠陥な単結晶であることを確認し
た。すなわち、本実施例の方法によれば、所望の位置に
形成した核形成密度の大きい材料からなる第１の面２１
の箇所を中心に、極めて広い領域において高い平滑性を
持つとともに結晶粒界を持たない下部電極を作製でき
た。さらに、図４ｄに示したように、実施例作と同様に
して、この下部電極上に、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜をクラスタ
ーイオンビーム蒸着法によって形成し、強誘電体からな
る記録層２を作製した。このＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12膜は、残留
分極は１μＣ／ｃｍ２、抗電界は３０ｋＶ／ｃｍであっ
た。

【００３０】次にこの記録媒体を用いた情報記録再生装
置を作製した。図５に、本実施例の情報記録再生装置の
構成を示す。本実施例では、記録媒体とプローブの間に
働く力を検出する手段としてＡＦＭを応用した。図５に
おいて、１は平板状金単結晶からなる下部電極、２は強
誘電体からなる記録層、３は基材、４は結晶の粒界、５
は探針、６はカンチレバー、７は導電体層、８はＸ−Ｙ
ステージ、２１はプローブ基板である。本実施例の装置
においては、探針５及びカンチレバー６からなるプロー
ブはシリコン単結晶よりなるプローブ基板２１上に、複
数個形成した。またプローブは、記録媒体の核形成密度
の大きい材料からなる第１の面２１の間隔と同じ間隔を
置いて形成した。本実施例の情報記録再生装置において
は、探針５及びカンチレバー６はＳｉＮ膜を用いてマイ
クロメカニクス技術により作製したものを用いた。この
カンチレバー６のばね定数は０．１Ｎ／ｍであった。ま
た、探針５及びカンチレバー６の表面には導電体層７と
してＴｉ膜５ｎｍ、Ｐｔ膜０．１μｍを積層した。ま
た、それぞれのプローブには、実施例１と同様の半導体
レーザー、４分割フォトダイオード、変位検出系、サー
ボ回路、Ｚ軸駆動装置、記録電圧印加装置を設け、制御
用コンピュータに接続した。

【００３１】次に、本実施例の情報記録再生装置を用い
て、記録再生を行った。本実施例においては、複数の探
針５をそれぞれ記録媒体の核形成密度の大きい材料から
なる第１の面２１に対応する位置に位置合わせをした
後、複数の探針５を記録層２の表面に近接させ、実施例
１と同様にして記録再生を行った。本実施例においては
実施例２と同様にして、それぞれのプローブによる記録
エリアをそれぞれのプローブに対応する平板状金単結晶
の粒径内とすることで、記録エリア内にまったく結晶粒
界を持たないようにすることもできた。本実施例におい
ては、複数のプローブで記録再生を行うことができた。

【００３２】以上述べてきたように、本実施例の記録媒
体の作製方法においては、基材上に核形成密度の大きい
材料からなる第１の面及び核形成密度の小さい材料から
なる第２の面を形成する工程が必要となるため実施例１
と比較して作製工程数が増加するが、本実施例によれ
ば、平板状金単結晶が基材上の所望のあらかじめ決定さ
れている位置に形成できるため、複数の探針の先端を下
部電極の平板状金単結晶の平滑面に位置合わせを行うこ
とを容易に行うことができ、記録再生の作業を簡単に行
うことができた。また、記録エリア内の下部電極にまっ
たく結晶粒界がないようにして記録再生を行えるため、
記録媒体の均一性が実質的により高くなり、より低いエ
ラーレートで記録再生を行うことができた。また、多数
のプローブにより同時に記録再生が可能となり、さらに
大容量化を行うことができた。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、記録層
に用いる強誘電体との反応性が低く、さらに高い平滑性
を持つと共に記録エリア内の下地電極の結晶粒界数を大
幅に低減した下地電極を用いることにより、ビット径の
微細化に対応できる高い均一性を持った記録媒体を提供
することができる。また、この記録媒体を用いることに
より、低エラーレートで大容量化が可能な情報記録再生
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の記録媒体の概略を示す図で
ある。

【図２】本発明の実施例１及び２の情報記録再生装置の
概略を示す図である。

【図３】本発明の実施例２の記録媒体およびその作製方
法の概略を示す図である。

【図４】本発明の実施例３の記録媒体およびその作製方
法の概略を示す図である。

【図５】本発明の実施例３の情報記録再生装置の概略を
示す図である。

【符号の説明】

１：平板状金単結晶からなる下部電極２：強誘電体からなる記録層３：基材４：結晶の粒界５：探針６：カンチレバー７：導電体層８：Ｘ−Ｙステージ９：半導体レーザー１０：４分割フォトダイオード１１：変位検出系１２：サーボ回路１３：Ｘ−Ｙ駆動制御装置１４：Ｚ軸駆動装置１５：記録電圧印加装置１６：制御用コンピュータ１７：シリコンウエハ１８：窒化シリコン皮膜１９：Ｗ膜２０：ＳｉＯ2膜２１：核形成密度の大きい材料からなる第１の面２２：核形成密度の小さい材料からなる第２の面２３：プローブ基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査型プローブ顕微鏡の原理を応用した情
報記録再生装置に用いる記録媒体において、基材上に形
成した１μｍ以上の粒径を有する平板状金単結晶または
金単結晶群よりなる下部電極と、該下部電極上に形成し
た強誘電体からなる記録層とを有することを特徴とする
記録媒体。
【請求項２】走査型プローブ顕微鏡の原理を応用した情
報記録再生装置に用いる記録媒体の製造方法において、
金錯体溶液中の金錯体を分解処理することにより基材上
に１μｍ以上の粒径を有する平板状金単結晶または金単
結晶群からなる下部電極を形成する工程と、該下部電極
上に強誘電体からなる記録層を形成する工程とを有する
ことを特徴とする記録媒体の製造方法。
【請求項３】前記下部電極を形成する工程は、核形成密
度の大きい材料からなる第１の面と、これに隣接して核
形成密度の小さい材料からなる第２の面を配した基材を
作製し、金錯体溶液中の金錯体を分解処理することによ
って前記基材の核形成密度の大きい材料からなる前記第
１の面より平板状金単結晶を成長させ、前記基材上に前
記平板状金単結晶または金単結晶群からなる下部電極を
形成する工程からなることを特徴とする請求項２に記載
の記録媒体の製造方法。
【請求項４】記録媒体と、該記録媒体に対向して設けら
れた導電性プローブと、記録媒体とプローブの間に電圧
を印加する手段と、記録媒体とプローブとの間の距離を
制御する手段と、記録媒体とプローブの間に働く力を検
出する手段とを有する情報記録再生装置において、前記
記録媒体が請求項１に記載の記録媒体で構成されている
ことを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項５】前記情報記録再生装置が、記録媒体の記録
層の自発分極による電荷の変化を、記録媒体とプローブ
の間に働く力の変化として検出することにより情報の再
生を行う記録再生装置であることを特徴とする請求項４
に記載の情報記録再生装置。