JPS63201936A - 記録媒体及びその記録・再生方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子を用いた記録・再生可能な記録媒
体及びその記録再生方法に関する。

（従来技術） 従来の半導体素子を用いた記録媒体およびその記録・再
生方法を図とともに説明する。まず、構成を第１０図に
基づいて述べれば、１は円盤状の記録媒体であり、表面
には後述する記録・再生を行う為の記録材料が積層され
ている。記録媒体１は駆動装置２によって所定方向Ｙへ
定速回転されるようになっており、記録媒体１の半径方
向Ｘへ定速移動するスタイラス３が記録媒体１の表面を
走査する。即ち、記録媒体１が回転しそれと同時にスタ
イラス３が半径方向Ｘへ移動することで、記録媒体１は
スパイラル状又は同心円状に走査される。

スタイラス３はコイル４を介して書込み／続出し回路５
に接続されており、被書込み信号を記録するときは、コ
イル４を介してスタイラス３に供給すると共に上記走査
を行う。一方、読み出し時には、上記走査を行うことに
よってスタイラス３が静電容量の変化を検出し、この検
出信号をコイル４を介して書込み／読出し回路５へ供給
する。

次に、この記録媒体１の構造と記録・再生の原理を第１
１図に基づいて説明する。同図は第１０図の記録媒体を
Ｚ−Ｚ線において切断した時の断面図であり、単結晶ｎ
型シリコンから成る半導体基板６上にシリコン酸化膜（
Ｓｉ０２　）の層７と窒化膜（Ｓｉ３’Ｎ４）の膜８が
積層され、裏面にはアルミニウム蒸着等による導電層９
が形成されている。

記録・再生時には、導電層９がアース電位に設定され、
窒化膜８の上面をスタイラス３が走査する。まず書込み
の場合は、被書込み信号の電圧レベルに応じた電圧がス
タイラス３を介して窒化膜８に印加されるので、窒化膜
８内に電荷１０ａが発生し、それと同時に半導体基板９
内に電荷量に対応する深さの空乏層ｔｏｂが発生する。

この電荷は装置から取外しても窒化膜８中に蓄積保持さ
れるので、記録したデータを長期間にわたって保存する
ことができる。一方、再生の場合は、記録された部分（
記録トラック）をスタイラス３を走査すると空乏層１０
ｂの有無あるいは深さによる静電容量の変化を検出する
ことができ、この検出信号に基づいて記録信号を再生す
ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この様な従来技術によると、スタイラス
の走査によって記録・再生を行うには、スタイラスと記
録媒体の窒化膜との間隔を少なくとも数十オングストロ
ームに接近させる必要があり、この間隔で走査を行うと
実際にはスタイラスと記録媒体とが接触して相互に摩耗
する問題があった・ （問題点を解決するための手段） 本発明はこの様な問題点に鑑みて成されたものであり、
無接触にして記録・再生を行い得る新規な記録媒体と、
この記録媒体を記録・再生する新規な記録・再生方法を
提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明者は、半導体基板の表面
に酸化膜、窒化膜、光電導性半導体及び透明導電層を積
層し、裏面に導電層を形成して成る新規な記録媒体を開
発するとともに、該記録媒体の該透明導電層と導電層の
間に所定の電圧を印加しつつ透明導電層に被記録信号に
基づいて変調された光信号や被写体よりの映像を照射し
たり、又は、該透明導電層を一定の照度の光で照射しつ
つ透明導電層と導電層の間に被記録信号を印加すること
により記録する記録方法を開発し、更に記緑信号の再生
には、記録媒体の該透明導電層に一定照度の光を照射し
つつ該透明導電層と導電層間の静電容量を検出すること
により記録信号を再生する再生方法を開発した。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面と共に説明する。

第１図は新たに開発した記録媒体の外観斜視図であり、
円盤状の記録媒体１１の表面には後述する記録用材料が
積層して成る記録領域１２が形成され、記録・再生時に
は中心部１３を中心に回転させるようになっている。

記録領域１２における断面構造（Ｄ　−Ｄ線断面）を第
２図に基づいて説明すると、単結晶ｎ型シリコンウェハ
から成る半導体基板１４上にシリコン酸化膜（Ｓｉ（ｈ
）の層１５、窒化１１！（ＳｉａＮ４）の層１６が積層
され、裏面にはアル、ミニラム蒸着等による導電層１７
が形成されている。更に窒化ｓ１６の上面には、例えば
ＧａＡｓ半導体、　ＧａＡｎＡｓ、　ＧａＡｓＰ等のｍ
−ｖ族化合物あるいはＺｎＳ、　ＣｄＳ、　ＣｄＴｅ等
のＩｔ　−ＶＩ族化合物から成る光電導性半導体層１８
と、　Ｉｎ１−、Ｓｎ、酸化物などの透光性及び導電性
を有する透明導電層１９が積層されている。

第３図はかかる構造の記録媒体１１を用いた記録装置の
構成を示す概略構成図であり、記録媒体１１を支持機構
（図示せず）に装着すると駆動装置２０の駆動軸により
中心部１３を中心に所定方向ｙ１へ定速回転されるよう
になっている。更に図示していない接触端子が透明導電
層１９に接触して電圧ＶＯＯを印加し、別個の接触端子
が導電層１７に接触して電圧ＶＥＥを印加するようにな
っている。即ち、透明導′ｅ１１層１９と導電層１７の
間にＶＥＥ　−ｖｎｏの電圧を印加し、導電層１７より
も透明導電層１９の電位を−２５〜−４０Ｖ程度低く設
定する。この実施例では電圧ＶＥＥヲアース電位（Ｏｖ
）トシ、電圧ｖＤＤを−２５〜−４０Ｖに設定している
。

又、上記接触端子を透明導電層１９及び導電層１７に直
接接触させると接触面が摩耗するので、この摩耗を防止
するため、記録領域１２のうち記録−に使用されない部
分例えば中心部１３の近傍において透明導電層１９の表
面に高硬度の導電体を設けて該導電体上を接触端子が摺
動するようにしたり、導電層１７の摩耗防止のために、
記録媒体１１を支持機構に装着すると同時に導電性の回
転プレートが接触して他の回転機構を介して電圧ＶＥＥ
を印加するようにしても良い、尚、このような耐摩耗手
段として従来の技術を適宜に利用することができる。

２１は光照射機構であり、被記録信号を光信号に変調し
、この光信号を極めて微小な光線に収束させて記録領域
１２上にスポット状に照射する。この光源としてはレー
ザ光線が使用され、例えば被記録信号がｌｔ１＃９．’
ＩＱ”のディジタル信号であれば、光信号の光線の有無
等によって変調が行なわれる。

更に、光照射機構２１は、照射部分を記録媒体１１の半
径方向ｘ１に一定速度又は一定周期でステップ状に移動
させるようになっており、記録媒体１１がｙ１方向に回
転するのと相俟って記録領域１２はスパイラル状あるい
は同心円状に走査されるようになっている。

次に１本発明による記録方法の原理を第４図に基づいて
説明する。同図は第２図に対応した断面図であり、光照
射機構２１よる照射された光線が記録媒体ｉｔに対して
相対的にｙ１方向へ移動すると、光線は透明導電層１９
を経過して光電導性半導体層１８へ到達する。光電導性
半導体層１８は光が照射された部分の抵抗値が低下する
特性を有しているので、光が照射された部分の（例えば
図中のＲ部分）の下層部にある窒化膜１５に電圧ｖＤＤ
よりの電圧が掛かる。この電圧により窒化１１１１５の
該下層部分に電荷Ｑが発生し、それと同時に該電荷量Ｑ
に対応する深さの空乏層ＤＰが半導体基板１４中に形成
される。一方、光が照射されなかった部分ＮＬには電荷
及び空乏層が発生しないので、この電荷及び空乏層の有
無によって信号書込みが行なわれることとなる。又、光
電導性半導体Ｍ１８は光が照射された時だけ上記のよう
な抵抗の変化が起こり、走査が終わると再び高抵抗に戻
るが、一度発生した電荷及び空乏層は消滅することなく
保持される。更に、記録媒体１１を支持機構から取り外
して電圧ＶＤＤ　ｖＶＥＥの印加を停止しても電荷及び
空乏層は消滅しないので、データ等の長期保存が可能で
ある。このように、従来のようなスタイラスを用いて記
録することがなく、記録媒体の記録領域と光照射機構と
の間は完全に無接触であるため、記録媒体の損傷等が発
生しない。

第４図に示した原理図は、ディジタル信号を記録する場
合について示しているが、アナログ信号の記録も可能で
ある。第５図はアナログ信号の記録結果の一例を示して
おり、アナログ信号によって光変調された光信号（光強
度が連続的に変化する光信号）を第３図に示す方法で記
録すると、光電導性半導体層１８は受光した光の照度に
反比例して抵抗値が変化する。したがって、第５図に示
すように、光信号の照度に対応する電荷分布Ｑが窒化膜
１５中に発生し、それと同時に電荷分布Ｑに対応した分
布の空乏層ＤＰが発生する。このように、アナログ信号
の記録も可能であり、極めて床机な分野での利用が可能
となる。

次に、記録媒体１１より記録信号を再生する方法を第６
図に基づいて説明する。同図は本発明の再生方法に基づ
いて構成された再生装置の概略構成を示す概略構成図で
あり、記録媒体１１を支持機構（図示せず）に装着する
と駆動装？ｆｆ１２２の駆動軸により中心部１３を中心
として所定方向ｙ２へ定速回転されるようになっている
。更に、接触端子２３が中心部１３に設けられた耐摩耗
性の導電体に接触すると共に、別個の接触端子（図示せ
ず）が導電層１７に接触して導電層１７に電圧ＶＥＥ　
（この実施例ではＯｖ）を印加する。尚、これらの接触
端子による記録媒体１１の摩耗を防止するために従来技
術あるいは第３図で示した記録装置の手段等を適宜に利
用することができる。

２４は光源装置であり、一定光量のレーザ光線を収束さ
せて記録領域１２を微小範囲で照射すると共に、該照射
部分を記録媒体１１の半径方向ｘ２に移動させるように
なっている。

２５は同期信号発生回路であり、駆動装置２２に記録媒
体１１を定速回転させるための同期制御信号ＳＲ及び、
光源装Ｗ１２４による照射部分を一定速度又は一定周期
毎にステップ状に半径方向ｘ２へ移動させるための同期
制御信号Ｓ２を発生する。したがって、光源装置２４よ
りのレーザ光線により記録領域１２はスパイラル状ある
いは同心円状に走査される。尚。

この走査のタイミングは第３図に示した記録装置の記録
走査のタイミングに同期している。

２６は同期再生回路であり、接触端子２３により検出さ
れた検出信号ｓｙを入力して増幅、波形整形等の信号処
理を行ない再生信号ＳＶＤを出力する６例えば、標準テ
レビジョン信号のようなアナログ信号を記録し再生する
場合、同期再生回路２６は、モニタテレビジョン等にお
いて該テレビジョン信号の再生方式に合わせた映像信号
を形成し出力する。

次に、かかる構成の再生装置の再生原理を説明する。即
ち、上記のように光源装Ｗｉ２４によるレーザ光線で記
録領域１２を走査すると、照射された微小範囲の下に形
成されている空乏層（第４図、第５図参照）による静電
容量の変化が接触端子２３に電圧等の変化として検出さ
れる。この静電容量は記録された信号に相当するから、
検出信号ＳＶとして高精度で再生される。尚、レーザ光
線が照射される範囲が十分に微細であることが再生解像
度の向上にとって望ましい、又、この再生を行なっても
窒化膜６に蓄積された電荷は放電することなく保持され
るので、何回でも再生が可能である。

次に、消去方法について説明すると１図示していないが
、荷電粒子を記録媒体１の表面に照射して窒化膜６内の
電荷を放電させたり、第３図に示す記録時とは反対極性
の電圧を記録媒体に印加することで電荷を放電させて消
去を行なう。

以上説明したようにこの実施例によれば、受光した光の
強度に応じて抵抗値が変化する光電導性半導体層を介し
て窒化膜及び半導体基板に電荷及び空乏層を形成するこ
とで記録し、この空乏層の静電容量を同様に光を利用し
て検出することにより再生するので、無接触で記録・再
生を行なうことができ、記録媒体の損傷を防止すること
ができる。更に、この構造の記録媒体は構造が簡素であ
るにもかかわらず優れた記録効果が得られ、長期保存も
可能であり、又、高密度記録も可能である。

第７図は記録装置の他の実施例を示す概略構成図である
。尚、第３図に示す部分と同−又は相当する部分は同一
符号を附けている。第７図において、２７は光源装置で
あり、一定光量のレーザー光線を収束させて記録媒体１
１の記録領域１２を微小範囲で照射すると共に、該照射
部分を記録媒体１１の半径方向ｘ１に移動させるように
なっている。したがって、駆動装置２０により記録媒体
１１がｙ１方向へ回転されるのと相俟って照射部分は同
心円状あるいはスパイラル状に走査する。

２８は、記録媒体１１の透明導電層１９上に設けられた
耐摩耗性を有する導電体に接触し摺動するスタイラスで
あり、書込み回路２９より供給された被書込み信号Ｓｒ
を透明導電層１９に印加する。即ち、第３図に示す記録
装置との相違点は、第７図の場合は走査する光の照度は
常に一定であり、透明導電Ｍ１９と導電層１７間に印加
する電圧を被書込み信号の振幅変化に応じて変化させて
いる点にある。このような方法によっても、第４図ある
いは第５図に示すようなディジタル及びアナログ信号の
記録が可能である。尚、この記録方法では、信号Ｓｒの
ダイナミックレンジは、導電層１７の電圧に対して−２
５〜−４０Ｖの範囲となる。

以上の実施例は記録媒体上を走査することにより記録す
る方法を説明したが１本発明はカメラ等の撮像装置と同
様の記録方法にも適用することができ、第８図に基づい
てその記録方法の他の実施例を説明する。

同図は記録媒体１１を用いた記録装置の構成を示す概略
図であり、光学系３０を介して入射される被写体Ａの光
学像を記録領域１２上に結像させるように記録媒体１１
が装着される。即ち、駆動装置３１の回転軸にて中心部
１３を支持し、所定の回転角θ毎に記録媒体１１を周方
向ｙ３に回転する。また、中心部１３の回転軸線と光学
系３０の光軸が相互に所定の距離したけずらして設計さ
れており、記録媒体１１が回転すると記録領域１２のう
ちの環状の部分（図中の点線で示した範囲内）だけが記
録可能な領域となるようになっている。そして回転角θ
ずつ回転させることで相互に重なり合わない複数の画像
を記録する記録部分１２ａ、　１２ｂ・・・が確保され
るようになっている。

３２はこの回転角θによる駆動制御を駆動装置３１に指
示する制御回路であり、例えばこの画像形成方法に基づ
いて設計した電子スチル・カメラのレリーズ・ボタンを
オン（撮映）にした時に発生する信号しｂに同期して制
御動作する。

記録媒体１１を駆動装置ｆ３１に装着すると１図示して
いない接触端子が透明導電層１９に接触して電圧ｖＤＤ
を印加し、又、別の接触端子が導電層１７に接触して電
圧ＶＥＥを印加するようになっている。即ち、透明導電
層１９と導電層１７の間にＶＥＥ　−ｖｏｏの電圧を印
加し、導電層１７よりも透明導電層１９の電位を−２５
〜−４０Ｖ低く設定する。この実施例では電圧ＶＥＥを
アース電位（Ｏｖ）とし、電圧Ｖｏｏを−２５〜−４０
ｖの範囲に設定している。

又、接触端子を透明導電層１９及び導電層１７に直接接
触させると接触面が摩耗するので、記録領域１２のうち
記録が行なわれない部分例えば中心部１３の近傍におい
て透明導電層１９の表面に高硬度の導電体を設け、該導
電体と接触端子を摺動させることにより透明導電層１９
の耐摩耗性を向上したり、更に導電層１７の摩耗防止に
紘、記録媒体１１を装着すると同時に導電体の回転プレ
ートが接触して他の回転機構を介して電圧ＶＥＥを印加
するようにしても良い、尚、このような摩耗防止手段と
して従来の技術を適宜に利用することができる。

このように、被写体の光学像を照射しても第５図に示し
たような電荷分布及び空乏層の分布が光学像のパターン
に応じて平面的に形成されて記録が可能となる。したが
って１例えば従来の銀塩フィルムを用いたカメラのよう
に極めて取扱いの容易な記録装置を実現することができ
る。又、従来の電子スチルカメラやビデオカメラのよう
な複雑な信号処理回路や磁気記録装置が不要となって極
めて簡素な撮像装置を提供することが可能となる。

次に、記録された記録媒体１より画像を再生する方法を
第９図とともに説明する。第９図は再生装置の概略構成
を示し、３３は光源装置であり、一定光量のレーザ光線
を収束させて記録媒体１１の記録領域１２を微細範囲で
照射すると共に、該照射部分を記録媒体１１の半径方向
Ｘ３に移動させるようになっている。３４は駆動装置で
あり、装着された記録媒体１１を中心部１３を中心に支
持して所定方向Ｑへ定速回転させる。３５は同期信号発
生回路であり、駆動装置３４に記録媒体１１を定速回転
させるための同期制御信号Ｓ１゜及び、光源装置３３に
よる照射部分を一定速度で又は一定の周期毎にステップ
状に半径方向ｘ２へ移動させる同期制御信号Ｓ２゜を発
生する。したがって、光源装置３３よりのレーザ光線は
記録媒体１１が回転するのに伴って記録領域１２を走査
し、同期制御信号Ｓ１゜に基づいて潜像が形成されてい
る領域をスパイラル状あるいは同心円状に走査する。例
えば走査するトラック数が標準テレビジョン方式に等し
い５２５本にする。３６は高硬度の導電体より成るスタ
イラスであり、該走査によって第６図の装置と同様の原
理で発生する静電容量の変化を検出する６３７は同期再
生回路であり、スタイラス３６よりの検出信号をＳＶを
入力して再生可能な映像信号ＳＶＤを形成する。即ち、
同期再生回路３７は、同期制御信号Ｓ工。、Ｓ３゜に同
期したクロック信号ＳＣが同期信号発生回路３５より供
給されており、検出信号ＳＶが潜像のどの部分の走査に
よって発生しているのかを判別し再生しようとする画像
の信号Ｓｖｏを選択的に発生させるようになっている。

更に詳述すれば、検出信号ＳＶはいわゆる線順次信号で
あり、例えば同図中の斜線部分３８に記録された映像を
再生する場合には、他の記録領域を走査して得られる信
号を検出信号ＳＶから除去し、信号ＳＶＤをモニタ・テ
レビジョンに印加すると周知の水平走査及び垂直走査に
よる画像再生を行なうことができるような処理を行なう
。

尚、上述のように再生時にはスタイラス３６を導電層１
７に近接して静電容量変化を検出するが、記録媒体１１
が回転するときに相互に接触して摩耗するので、この摩
耗を防止するために導電層１７の表面の耐摩耗性を向上
したり、所謂ロータリートランスを用いて、該ロータリ
ートランスの１次巻線側を導電層１７に接続し２次巻線
側に磁気結合により発生する検出信号Ｓｖを同期再生回
路３７に供給するようにして完全な無接触化を図っても
よい。

尚、以上の実施例の説明では説明の都合上、記録装置と
再生装置を別々に説明したが、記録装置で用いられる光
照射機構や駆動装置を再生時に転用すれば、記録と再生
を行なう一体化された装置を容易に′構成することもで
きる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、半導体基板の表面
に少なくとも酸化膜、窒化膜、光電導性半導体層及び透
明導電層を積層し、裏面に導電層を形成して成る記録媒
体に表面側から光を照射して窒化膜に電荷を発生させる
と共に基板に空乏層を形成させることにより記録を行な
い、再生は該空乏層の静電容量を検出することにより行
なうようにしたので、無接触の記録・再生を行なうこと
ができ、更に、データの長期保存が可能で、取扱いが極
めて容易である等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて開発された記録媒体の一実施
例の概略構成を示す外観斜視図、第２図は第１図に示す
記録媒体の要部断面図、第３図は本発明による記録装置
の一実施例の構成を示す概略構成図、第４図及び第５図
は記録方法の原理を示す説明図、第６図は本発明による
再生装置の一実施例の構成を示す概略構成図、第７図は
記録装置の他の実施例を示す概略構成図、第８図は更に
記録装置の他の実施例を示す概ｗ８構成図、第９図は更
に再生装置の他の実施例を示す概略構成図、第１０図は
従来の記録装置の構成を示す概略構成図。 第１１図は第１０図の装置による記゛録方法の原理を示
す説明図である。 ｌｌ：記録媒体　　　　　　　１２：記録領域１３：中
心部　　　　　　　　１４：半導体基板１５：酸化［１
６：窒化膜 １７：導電層　　　　　　　　１８：光電導性半導体層
１９：透明導電Ｍ２１：光照射機構 ２３：接触端子　　　　　　　２４：光源装置２７：光
源装置ｊ１２８ニスタイラス ３０：光学系　　　　　　　　３１：駆動装置３３：光
源装置　　　　　　　３５：同期信号発生回路第　　１
　　図 第３図 第４図 第５図 第　　７　　図 第　　８　　図 第９図 墓１０図 第１１図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の表面に酸化膜、窒化膜、光電導性半
   導体及び透明導電層を積層し、裏面に導電層を形成して
   成ることを特徴とする記録媒体。
2. （２）半導体基板の表面に酸化膜、窒化膜、光電導性半
   導体及び透明導電層を積層し、裏面に導電層を形成して
   なる記録媒体の該透明導電層と導電層の間に所定の電圧
   を印加しつつ、該透明導電層に被記録信号に基づいて変
   調された光信号を照射することにより、該窒化膜中に電
   荷、該半導体基板中に空乏層をそれぞれ発生・保持させ
   て記録することを特徴とする記録媒体の記録方法。
3. （３）前記記録媒体を回転させ、前記透明導電層上を前
   記光信号にてスパイラル状又は同心円状に走査すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の記録媒体の記
   録方法。
4. （４）半導体基板の表面に酸化膜、窒化膜、光電導性半
   導体及び透明導電層を積層し、裏面に導電層を形成して
   なる記録媒体の該透明導電層と導電層の間に所定の電圧
   を印加しつつ、該透明導電層に被写体よりの映像を照射
   することにより該窒化膜中に電荷、該半導体基板中に空
   乏層をそれぞれ発生・保持させて記録することを特徴と
   する記録媒体の記録方法。
5. （５）半導体基板の表面に酸化膜、窒化膜、光電導性半
   導体及び透明導電層を積層し、裏面に導電層を形成して
   なる記録媒体の該透明導電層に一定照度の光を照射しつ
   つ、該透明導電層と導電層の間に被記録信号を印加する
   ことにより、該窒化膜中に電荷、該半導体基板中に空乏
   層をそれぞれ発生・保持させて記録することを特徴とす
   る記録媒体の記録方法。
6. （６）前記記録媒体を回転させ、前記被記録信号を印加
   する印加手段により透明導電層上をスパイラル状又は同
   心円状に走査することを特徴とする特許請求の範囲第５
   項記載の記録媒体の記録方法。
7. （７）半導体基板の表面に酸化膜、窒化膜、光電導性半
   導体及び透明導電層を積層し、裏面に導電層を形成して
   なる記録媒体の該透明導電層に一定照度の光を照射しつ
   つ、該透明導電層と導電層間の静電容量を検出すること
   により記録信号を再生することを特徴とする記録媒体の
   再生方法。
8. （８）前記記録媒体を回転させて前記一定照度の光を透
   明導電層上にスパイラル状又は同心円状に照射しつつ走
   査することを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の記
   録媒体の再生方法。