JPS61107550A

JPS61107550A - 記録媒体および記録再生方法

Info

Publication number: JPS61107550A
Application number: JP22920284A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sawazaki; 澤崎　憲一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-10-31
Filing date: 1984-10-31
Publication date: 1986-05-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は、記録媒体および該媒体を使用する記録再生
方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

現在の記録技術で最も重要な問題は、記録の高密度化で
ある。記録、再生および消去が任意に可能な記録技術と
しては磁気記録方式が唯一実用化されている方式といっ
てよいが、記録密度の向上については種々の障害がある
。

これに対し、本発明者等は特願昭５５−１５０２６８号
等で半導体を利用した記録媒体を用いて　　　　゛高密
度の記録を行なう方式を提案している。この方式におい
ては、半導体層（好ましくはシリコン単結晶基板）の上
に例えば　Ｓ　ｉ　０２　ｌＩ。

Ｓｉ３Ｎ４膜を積層して構成した記録媒体を用い、この
記録媒体上を導電性記録ヘッドを相対的に移動させ、こ
のヘッドに記録信号電圧を印加することにより、５ｉ０
２１１１のトンネル効果を利用してＳｉ３Ｎ４膜に電荷
をトラップさせて記録を行なう。一方、記録された信号
の再生は、５ｉｓＮ４膜にトラップされている電荷に基
き半導体層上に空乏層が生じていることを利用し、記録
媒体上を相対的に移動する導電性再生ヘッドを介してこ
の空乏層の変化による静電容量の変化を検出することに
より行なう。

この半導体記録方式は記録、再生および消去を任意に行
なうことが可能であり、しかも磁気記録方式に比べて記
録密度をはるかに高くできるという特長を有する。しか
しながら、この方式はこのように優れた特長を持つ反面
、記録媒体の構造が複雑であり、また現状では特性が良
好で、かつ大面積の半導体層が得にくいため長時間記録
が難しいという問題点がある。

一方、他の方式としてマイラーフィルムやテフロンフィ
ルム等の高絶縁性薄膜に外部からイオン化放電により電
荷を注入して記録を行なう、いわゆる静電記録方式の研
究もなされているが、この方式は発明者等の実験による
と数１００ｋＨｚ以上という高い周波数の信号を記録す
ることは困難であり、記録密度の点でも問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、記録、再生および消去が可能で、記録
密度を高くでき、また構造が簡単で大面積化も容易な記
録媒体、および該媒体を使用した記録再生方法を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明に係る記録媒体は、導電体層の上に該導電体層を
介して印加される電圧に基くトンネル効果により注入さ
れる電荷をトラップする絶縁体薄膜を形成してなること
を特徴とする。

絶縁体薄膜としては単層のものでもよいが、トンネル効
果を生じ易い第１の絶縁体薄膜と、電荷をトラップし易
い第２の絶縁体薄膜との２層構造が記録の安定性という
点でより好ましい。この場合、第１．第２の絶縁体薄膜
の導電体層上における積層順序は任意であり、例えば第
１の絶縁体薄膜が導電体層側にある場合は電荷が導電体
層側から注入され、逆の場合は導電体層と反対側から注
入されることになる。

また、本発明に係る記録再生方法は、導電体層の上に該
導電体層を介して印加される電圧に暴くトンネル効果に
より注入される電荷をトラップする絶縁体ｉｉＩを形成
してなる上記の記録媒体上を導電性記録ヘッドを相対的
に移動させ、この導電性記録ヘッドと導電体層間に記録
信号電圧を印加し、絶縁体薄膜のトンネル効果を利用し
て該絶縁体ＩＩＩに電荷をトラップさせることにより記
録を行ない、一方、記録された信号の再生は記録媒体上
を再生ヘッドを相対的に移動させ、この再生へラドを介
して絶縁体薄膜にトラップされているミコ荷を検出することにより行なうことを特徴とする。

ここで、電荷検出による再生は具体的には、例えば再生
ヘッドとして半導体を含んで構成されたものを使用し、
この電荷により再生ヘッドの半導体部分に生じる空乏層
の変化による静電容量の変化を利用して行なえばよい。

ざらに具体的には、再生ヘッドの半導体部分に生じる空
乏層の変化による静電容量の変化を、高周波発振器に結
合された高周波共振回路の共振周波数の変化による該高
周波共振回路の出力電圧の変化に変換し、この出力電圧
の変化を検出して再生出力を得ることかできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、磁気記録方式と同様に記録。

再生および消去が任意に行なうことができるばかうでな
く、記録密度を非常に高くとることができる。すなわち
、この発明では電荷の移動が極めて高速に行なわれるト
ンネル効果を利用して絶縁体薄膜に電荷をトラップさせ
て記録を行なうため、磁気記録方式や静電記録方式では
困難であった１０ＭＨ２〜２０Ｍ　ＨＺというような非
常に高い周波数　　　　　）の信号を記録することも可
能であり、それだけ高い記録密度が得られることになる
。例えば、１ビツト百りの記録面積を０．３μｍ２以下
にすることも容易である。

さらに、本発明における記録媒体は導電体層および絶縁
体層を主体とし構成され、半導体層を含んでいないため
、例えば直径２０〜３００というような大面積ディスク
や、長尺テープの媒体を容易に実現でき、長時間の記録
が可能である。

また、本発明における記録内容の保持時間は半導体メモ
リであるＭＮＯＳメモリのそれと同様と考えられ、２０
年以上、場合によっては１００年近くの保持時間を得る
ことができる。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例に係る記録媒体の構造と記
録の手順を説明するための図である。図において、記録
媒体１は例えばガラスまたは樹脂からなる絶縁性基板２
上に導電体層３として例えば１μｍ厚のへβ膜を形成し
、その上にトンネル効果を生じ易い第１の絶縁体薄膜４
として例えば１７μｍ厚の５ｉ０２膜を形成し、さらに
その上に電荷をトラップし易い第２の絶縁体薄膜５とし
て例えば２００ＬｔＴｒＬ厚のＳｉ３Ｎ４膜を形成シタ
構造となっている。また、好ましくは第２の絶縁体薄膜
５の上に潤８Ｉ層としての絶縁性オイルフィルム６が塗
布される。

信号の記録時には、記録媒体１上に先端を接して導電性
記録ヘッド７が用意される。導電性記録ヘッド７は例え
ばガラス製の針状絶縁性基体８の側面上に導電体薄膜９
を被着したものであり、記録媒体１に対して矢印１０の
方向に相対的に移動される。なお、実際には記録媒体１
が回転または走行する。そして、導電性記録ヘッド７の
導電性薄Ｍ９に記録信号８！１１から記録信号電圧を印
加する。このとき記録信号電圧を正極性のパルス電圧と
すると、この記録信号電圧による電界によって第１の絶
縁体１ｆｉ！４にトンネル効果が生じて導電体層３側か
ら電荷（電子）が第２の絶縁体簿膜５に到達し、トラッ
プされる。こうして信号が第２の絶縁体層ｐｌ：！５に
おけるトラップ電荷１２の形で記録される。

こうして記録媒体１に記録された信号の再生は、第２図
に示すような再生装置によって行なわれる。

すなわち、再生へ、ラド１３として例えばサファイア製
の針状絶縁性基体１４の側面上に薄い半導体層１５、例
えば０．０３μＴｒＬ〜１μｍ程度のＳｉ薄膜を被着し
、さらにこの半導体層１５の先端部を除く部分の表面上
にＣｕ等の導電体ｉｉＩ膜１６を被着して構成されたヘ
ッドを用意し、この再生ヘッド１３を先端を記録媒体１
上に接して矢印１７のように相対的に移動させる。なお
、導電体薄膜１６は再生ヘッド１３の電極としての役割
を果たすと同時に、再生ヘッド１３の電気抵抗を下げる
効果を持つ。

このとき、再生ヘッド１３の半導体層１５をｎ型半導体
とすると、記録媒体１の第２の°絶縁体１膜５にトラッ
プされている電荷６に基く電界により、この半導体層１
５の先端部に空乏層１８が生じる。すなわち、記録され
た信号が空乏層１８の有無の形で検出される。この空乏
層１８の有無により、再生ヘッド１３の導電体層［１１
６と記録媒体１の導電体層３との間の静電容量が変化す
る。

従って、例えば静電容量式ビデオディスクプレーヤと同
様に、この静電容量の変化を検出することによって、再
生を行なうことができる。再生ヘッド１３の導電体１ｉ
ｌＨ１６にはコイル１９が接続されており、このコイル
１つと前記の静電容量とにより共振回路２０が構成され
ている。この共振回路２０には高周波発振器２１から高
周波エネルギーが注入されている。この場合、前記静電
容量の変化により共振回路の共振周波数が変化すると、
共振回路２０の出力電圧が前記静電容量の変化に応じて
変調された形で変化する。そこで、この共振回路２０の
出力電圧を例えばダイオード２３とコンデンサ２４およ
び抵抗２５からなる検波回路２６で振幅検波することに
より、記録媒体１の第２の絶縁体薄膜５におけるトラッ
プ電荷として記録されている信号に応じた再生出力２７
を得ることができる。

次に、本発明の他の実施例をいくつか説明する。　　　
−第３図に示す実施例は、記録媒体１を導電体層３上に
まず電荷をトラップし易い第２の絶縁体薄膜３１として
、例えば　Ｓｉ３Ｎ４膜またはＡλ２０３膜を１００〜
５００人程度の厚さ形成し、その上にトンネル効果を生
じ易い第１の絶縁体基１１３２として潤滑層を兼ねる絶
縁性オイルフィルムを６〜１００人程度の厚さに塗布し
た構造にしている。この場合、記録信号１１１か゛ら導
電性記録ヘッド７の導電体層９に負極性のパルス電圧を
印加することにより、第１の絶縁体薄膜３２である絶縁
性オイルフィルムがトンネル効果を生じ、記録ヘッド７
側から第２の絶縁体薄膜３１に電荷（電子）３３がトラ
ップされて信号記録が行なわれることになる。

第４図に示す実施例における記録媒体１は基本的には第
３図と同様であり、導電体層３上にまず第２の絶縁体１
１１１４１としてＳｉ３Ｎ４膜を１００〜５００人の厚
さ形成し、その上に第１の絶縁体基！！４２として５〜
５０人のＡｎ２０ヨ膜を形成し、ざらにその上に絶縁性
オイルフィルム４３を塗布している。

第５図は再生ヘッドの他の例を示すもので、針状絶縁性
基体５１の側面上先端部に耐熱性の良い導電性材料、例
えばＴｉＮからなる第１の導電体層１１１５２を形成し
、その端面に一端を接触させてＰＮ接合ダイオード５３
を形成し、さらにこのダイオード５３の他端に接触させ
てＣｕ等の第２の沸電体薄膜５４を形成した構造となっ
ている。このような再生ヘッドを第２図における再生ヘ
ッド１３に代えて使用した場合は、記録媒体１の第２の
絶縁体薄膜にトラップされている電荷に応じてＰＮ接合
ダイオード５３に空乏層が生じることによって、同様に
再生が行なわれる。

第６図に示す実施例はディスク状記録媒体６１の表面に
トラッキング用の満６２を形成したものである。本発明
が対象とするような高密度記録の場合は記録時にもトラ
ッキングを行なうことが必要であるが、このような溝６
２を予め形成したおくことは有効である。

第７図は記録媒体にその製作時に予めトラック＃１．＃
２．・・・の間にｆ、、ｆ２なる周波数のトラッキング
用パターン７１．７２を記録しておくようにしたもので
ある。このようなトラッキング用パターン７１．７２は
記録媒体の基板に凹凸パターンの形で形成してもよいし
、また導電体層表面に凹凸パターンの形で形成してもよ
い。

なお、以上の説明では記録された信号の消去について特
に述べなかったが、消去に関しては半導体記録方式の場
合と同様に行なうことが可能である。例えばバルクイレ
ーズとして媒体全面について消去するには直流コロナ電
圧を加えたり、紫外線を照射すればよい。部分消去の場
合は、導電性記録ヘッドを介して消去電圧を印加し、磁
気記録方式におけると同様に前記録を消去しながら新た
な記録を行なうか、あるいは記録に先立ち専用の消去ヘ
ッドにより消去を行なった後、記録するようにすればよ
い。

本発明はその他、要旨を通説しない範囲で種々変形実施
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例おける記録媒体の構造と記録
動作を説明するための図、第２図は同実施例における再
生動作を説明するための図、第３図および第４図は本発
明の他の実施例における記録媒体の構造を説明するため
の図、第５図は再生ヘッドの他の例を示す図、第６図は
本発明の他の実施例におけるトラッキング用溝を有する
記録媒体の構造を示す図、第７図は本発明の他の実施例
におけるトラッキング用パターンを予め形成した記録媒
体の表面を模式的に示す図である。１・・・記録媒体、２・・・基板、３・・・導電体層、
４・・・第１の絶縁体薄膜、５・・・第２の絶縁体薄膜
、６・・・絶縁性オイルフィルム、７・・・導電性記録
ヘッド、１１・・・記録信号源、１２．３３．４４・・
・トラップされた電荷、１３・・・再生ヘッド、１５・
・・半導体層、１８・・・空乏層、２０・・・共振回路
、２１・・・高周波発振器、２６・・・検波回路、２７
・・・再生出力、１・・・第２の絶縁体薄膜、３２・・
・第１の絶縁体薄膜を兼ねる絶縁性オイルフィルム、４
１・・・第２の絶縁体１膜、４２・・・第２の絶縁体薄
膜、４３・・・絶縁性オイ　　　　　□゛ルフイルム５
２．５４・・・導電体薄膜、５３・・・ＰＮ接合、６１
・・・記録媒体、６２・・・トラッキング用溝、７１．
７２・・・トラッキング用パターン。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１　図第２図第３図第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電体層の上に、該導電体層を介して印加される
電圧に基くトンネル効果により注入される電荷をトラッ
プする絶縁体薄膜を形成してなることを特徴とする記録
媒体。
（２）導電体層の上に絶縁性薄膜としてトンネル効果を
生じ易い第１の絶縁体薄膜を形成し、その上に電荷をト
ラップし易い第２の絶縁体薄膜を形成したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の記録媒体。
（３）トンネル効果を生じ易い第１の絶縁体薄膜として
ＳｉＯ＿２膜を形成し、電荷をトラップし易い第２の絶
縁体薄膜として該ＳｉＯ＿２膜より膜厚の薄いＳｉ＿３
Ｎ＿４膜を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の記録媒体。
（４）導電体層の上に絶縁性薄膜として電荷をトラップ
し易い第２の絶縁体薄膜を形成し、その上にトンネル効
果を生じ易い第１の絶縁体薄膜を形成したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の記録媒体。
（５）電荷をトラップし易い第２の絶縁体薄膜としてＳ
ｉ＿３Ｎ＿４膜またはＡｌ＿２Ｏ＿３膜を形成し、トン
ネル効果を生じ易い第１の絶縁体薄膜として潤滑層を兼
ねる絶縁性オイルフィルムを形成したことを特徴とする
特許請求の範囲第４項記載の記録媒体。
（６）電荷をトラップする第２の絶縁体薄膜としてＳｉ
＿３Ｎ＿４膜を形成し、トンネル効果を生じる第１の絶
縁体薄膜としてＡｌ＿２Ｏ＿３膜を少なくとも形成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の記録媒体
。
（７）表面にトラッキング用の溝を形成したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項
、第５項または第６項記載の記録媒体。
（８）トラッキング用のパターンを予め形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第
４項、第５項または第６項記載の記録媒体。
（９）導電体層の上に、該導電体層を介して印加される
電圧に基くトンネル効果により注入される電荷をトラッ
プする絶縁体薄膜を形成してなる記録媒体上を導電性記
録ヘッドを相対的に移動させ、この導電性記録ヘッドと
前記導電体層間に記録信号電圧を印加し、前記絶縁体薄
膜のトンネル効果を利用して該絶縁体薄膜に電荷をトラ
ップさせることにより記録を行ない、前記記録媒体上を
再生ヘッドを相対的に移動させ、この再生ヘッドを介し
て前記電荷を検出することにより、記録された信号を再
生することを特徴とする記録再生方法。
（１０）半導体を含んで構成された再生ヘッドを使用し
、記録媒体の絶縁体薄膜にトラップされている電荷によ
り該再生ヘッドの半導体部分に生じる空乏層の変化によ
る静電容量の変化を利用して再生を行なうことを特徴と
する特許請求の範囲第９項記載の記録再生方法。
（１１）再生ヘッドの半導体部分に生じる空乏層の変化
による静電容量の変化を高周波発振器に結合された高周
波共振回路の共振周波数の変化による該高周波共振回路
の出力電圧の変化に変換し、この出力電圧の変化を検出
して再生出力を得ることを特徴とする特許請求の範囲第
１０項記載の記録再生方法。