WO2004097822A1 - 記録再生ヘッド及び記録再生装置 - Google Patents

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WO2004097822A1
WO2004097822A1 PCT/JP2004/006045 JP2004006045W WO2004097822A1 WO 2004097822 A1 WO2004097822 A1 WO 2004097822A1 JP 2004006045 W JP2004006045 W JP 2004006045W WO 2004097822 A1 WO2004097822 A1 WO 2004097822A1
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recording
data
phase change
reproducing
recording medium
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PCT/JP2004/006045
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yasuo Cho
Atsushi Onoe
Original Assignee
Pioneer Corporation
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Publication date
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    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
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    • G11B11/08—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by electric charge or by variation of electric resistance or capacitance
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    • G11B9/1409—Heads

Definitions

  • the present invention relates to a recording / reproducing head for recording data on a phase-change recording medium using a phase-change material or reproducing data recorded on the phase-change recording medium, a recording apparatus, a reproducing apparatus, and a recording / reproducing apparatus.
  • a recording / reproducing head for recording data on a phase-change recording medium using a phase-change material or reproducing data recorded on the phase-change recording medium
  • a recording apparatus for reproducing data recorded on the phase-change recording medium
  • a reproducing apparatus for reproducing data recorded on the phase-change recording medium
  • Optical recording records data by forming pits in a layer of organic dye or phase change material formed on a disc using an optical pickup using a laser as a light source. The data is reproduced using the fact that the reflectance of the data is different. Others use the magneto-optical effect to record and reproduce data. However, optical pickups are larger than HDD magnetic heads and are not suitable for high-speed reading. Since the pit size is defined by the diffraction limit of light, the recording density is limited to 50 Gbit / inch 2 .
  • the longitudinal recording of magnetic recording typified by HDDs has recently been implemented with MR heads using Giant Magnetic Resistance (GMR), and by using perpendicular magnetic recording, the recording density is higher than that of optical disks.
  • GMR Giant Magnetic Resistance
  • the thermal density of magnetic recording information and the presence of Bloch walls in the sign-reversal area, and the recording density is limited to 1 Tbit / inch 2 even when using patterned media that takes these factors into account.
  • SNDM can determine the sign of the ferroelectric domain by measuring the nonlinear permittivity of the ferroelectric recording medium.
  • the recording / reproducing device applying SNDM technology applies an electric field higher than the coercive electric field to the ferroelectric recording medium from the probe, and the dielectric recording medium has a predetermined polarization direction.
  • Data is recorded by forming a polarization domain.
  • the polarization state is detected from the frequency fluctuation of the oscillation signal oscillating at the resonance frequency formed by the capacitance and the inductor of the dielectric recording medium immediately below the probe, and the data is reproduced.
  • a recording medium using a phase change material generally has a high recording resolution.
  • the recording density is defined by the laser diffraction limit, and there is a limit to the improvement of the recording density.
  • an object of the present invention is to record data on a phase change recording medium using a probe memory technique or to reproduce data recorded on a phase change recording medium using an SNDM method.
  • a recording / reproducing head capable of increasing the recording density and realizing high-quality recording / reproducing of data, a recording / reproducing head to which the recording / reproducing head is applied, An apparatus and a recording / reproducing apparatus are provided.
  • a first recording / reproducing head is a recording / reproducing head for recording data on a phase change recording medium or reproducing data recorded on a phase change recording medium.
  • the tip has a substantially spherical projection tip with a predetermined radius at the tip, a reproducing electrode for detecting data, an insulating film covering the tip of the reproducing electrode, and a data recording element provided on the insulating film to record data. And a return electrode provided around the probe and returning a high-frequency component of an electric field applied to the probe.
  • a first recording / reproducing head according to the present invention has a probe for recording or reproducing data in contact with or in proximity to a phase change material.
  • This probe is provided with a reproducing electrode having a substantially spherical tip at the center thereof, and the tip of the reproducing electrode is covered with an insulating film. Further, the probe is insulated from the reproducing electrode on the insulating film. It has a resistor. Around the probe thus configured, a return electrode is provided for returning a high-frequency component of an electric field applied to the probe. Further, lead wires may be provided at both ends of the diameter of the resistor in order to apply a voltage to the resistor.
  • a pulse voltage corresponding to the data is applied to the resistor of the probe, and the recording is performed by changing the phase change material from crystalline to amorphous by the heat generated by the resistor.
  • the heating conditions for the medium it is possible to return from an amorphous state to a crystalline state, thereby erasing recorded data.
  • an electric field is applied to the phase change recording medium, and reproduction is performed by judging the difference in the dielectric constant between the crystalline and amorphous phase change materials.
  • the return electrode is an electrode for returning a high-frequency electric field oscillating with a capacitance corresponding to a crystalline or amorphous dielectric constant.
  • a second recording / reproducing head is a recording / reproducing head for recording data on a phase-change recording medium or reproducing data recorded on a phase-change recording medium.
  • a support member having a substantially spherical projection with a predetermined radius at the tip thereof, a probe provided at the tip of the support member, and comprising a resistor which generates heat when recording data; And a return electrode provided therearound for returning a high-frequency component of an electric field applied to the probe.
  • a second recording / reproducing head has a probe for recording or reproducing data in contact with or in proximity to a phase change material.
  • This probe has a support member at the center, which is made of an insulating member having a substantially spherical tip, and a resistor covering the tip of the support member. It has.
  • a return electrode for returning a high-frequency component of an electric field applied to the probe is provided around the probe configured as described above.
  • a pulse voltage corresponding to the data is applied to the resistor of the probe, and the recording is performed by changing the phase change material from crystalline to amorphous by the heat generated by the resistor. It is desirable to apply the voltage from both ends of the diameter of the resistor.
  • the resistor is disconnected from the heating circuit, a circuit configuration for applying an electric field to the phase change recording medium, and an electric field is applied to the phase change material. Then, the recorded data is reproduced by determining the difference in the dielectric constant between the crystalline and amorphous phase change materials.
  • the return electrode is an electrode for returning a high-frequency electric field oscillating with a capacitance corresponding to a crystalline or amorphous dielectric constant.
  • the amount of heat generated by the resistor is configured so as to change the phase change material from crystalline to amorphous. Is also good.
  • the state of the phase change material initially set to crystalline is changed from crystalline to amorphous in accordance with the data. This allows data to be recorded on the phase change material.
  • the recording / reproducing head records or reproduces data on a phase-change recording medium based on nonlinear dielectric microscopy. It may be.
  • a recording device is a recording device for recording data on a phase change material of a phase change recording medium, comprising the first or second recording / reproducing head described above, and a resistance of the recording / reproducing head.
  • Heating means for energizing the body to generate heat according to the data
  • recording signal generating means for generating a recording signal corresponding to the data input to the heating means.
  • a voltage corresponding to the data to be recorded is applied to the antibody of the first or second recording / reproducing head, and the heat generated thereby causes the phase change of the recording medium.
  • the changing material is changed from crystalline to amorphous according to the data. As a result, data is recorded.
  • a first reproducing apparatus is a reproducing apparatus for reproducing data recorded on a phase change material of a phase change recording medium, wherein the first recording / reproducing head described above and an electric field are applied to the phase change recording medium.
  • Means for applying an electric field an oscillation means whose oscillation frequency changes according to the difference in crystalline or amorphous permittivity of the phase change material of the phase change recording medium, and an oscillation signal demodulated by the oscillation means.
  • an electric field is applied to the phase change recording medium.
  • an alternating electric field may be generated by applying an AC signal to the phase change recording medium, or an electric field may be generated by applying a DC bias voltage to the phase change recording medium.
  • the oscillating frequency of the oscillating signal of the oscillating means changes according to the difference in the crystalline or amorphous permittivity of the phase change material. Data is reproduced based on the oscillation frequency of this oscillation signal.
  • the oscillation frequency of the oscillation signal is determined by the resonance frequency determined by the capacitance immediately below the probe according to the difference in the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material, and the inductance of the external inductor. That is, the capacitance changes according to the crystalline or amorphous dielectric constant, and the oscillation frequency is FM-modulated by the change in capacitance. This FM modulation is demodulated, and data is reproduced from the demodulated signal.
  • a second reproducing apparatus is a reproducing apparatus for reproducing data recorded on a phase change material of a phase change recording medium, wherein the second recording and reproducing head and the phase change recording medium described above are used.
  • An electric field applying means for applying an electric field; an oscillating means whose oscillation frequency changes in accordance with a difference in crystalline or amorphous permittivity of the phase change material of the phase change recording medium; and an oscillating signal by the oscillating means being demodulated.
  • a data reproducing means for reproducing data from the signal demodulated by the demodulating means.
  • an electric field is applied to the phase change recording medium.
  • an alternating electric field may be generated by applying an AC signal to the phase change recording medium, or an electric field may be generated by applying a DC bias voltage to the phase change recording medium.
  • the oscillation frequency of the oscillation signal of the oscillation means changes according to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material. Data is reproduced based on the oscillation frequency of this oscillation signal.
  • the oscillation frequency of the oscillation signal is determined by the resonance frequency determined by the capacitance just below the probe according to the difference in the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material and the inductance of the externally attached inductor. You.
  • the capacitance changes in accordance with the difference in the dielectric constant between crystalline and amorphous, and the oscillation frequency is FM-modulated by the change in capacitance.
  • the FM modulation is demodulated, and data is reproduced from the demodulated signal.
  • the resistor of the second recording / reproducing head described above is used as a heating means at the time of data recording.
  • the resistor is used as a means for detecting data. ing.
  • the data reproducing means may be configured to perform synchronous detection.
  • the alternating electric field corresponds to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material.
  • the oscillation signal FM-modulated based on the obtained capacity is FM-demodulated, and data is reproduced from the demodulated signal by synchronous detection.
  • the AC signal applied to the phase change recording medium by the electric field application means is used as a reference signal for the synchronous detection.
  • the data reproducing means may be configured to perform phase detection.
  • the alternating electric field corresponds to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material.
  • the FM signal is FM-demodulated based on the obtained capacity, and the data is reproduced by phase detection, which compares the phase of the demodulated signal with the AC signal applied by the electric field applying means.
  • a first recording / reproducing apparatus is a recording / reproducing apparatus using the above-mentioned first recording / reproducing head for recording or reproducing data on a phase change material of a phase change recording medium.
  • a heating means for energizing a resistor of a probe to generate heat in accordance with data
  • a recording signal generating means for generating a recording signal corresponding to data input to the heating means.
  • first recording / reproducing apparatus data can be recorded / reproduced on / from the phase-change material of the phase-change recording medium using the above-mentioned first recording / reproducing head.
  • a voltage corresponding to the data to be recorded is applied to the resistor of the recording / reproducing head, and the heat generated causes the phase change material of the phase change recording medium to change from crystalline to amorphous according to the data.
  • the data is recorded by changing to.
  • an electric field is applied to the phase change recording medium.
  • an alternating electric field may be generated by applying an AC signal to the phase change recording medium, or an electric field may be generated by applying a DC bias voltage to the phase change recording medium.
  • the oscillation frequency of the oscillation signal of the oscillation means changes according to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material, the data is reproduced based on the oscillation frequency.
  • the oscillation frequency of the transmitted signal is determined by the resonance frequency determined by the capacitance immediately below the probe according to the crystalline or amorphous permittivity of the phase change material and the inductance of the external inductor.
  • the capacitance changes in accordance with the difference in the crystalline or amorphous permittivity of the phase change material, and the oscillation frequency is FM-modulated by the change in the capacitance.
  • the FM-modulated signal is demodulated, and data is reproduced from the demodulated signal.
  • a second recording / reproducing apparatus is a recording / reproducing apparatus using the above-mentioned second recording / reproducing head for recording or reproducing data on a phase change material of a phase change recording medium.
  • a heating means for energizing a resistor of a probe to generate heat according to data
  • a recording signal generating means for generating a recording signal corresponding to data input to the heating means.
  • an electric field applying means for applying an electric field to the phase change recording medium, and the oscillation frequency changes according to a difference in the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material of the phase change recording medium.
  • Oscillating means for recovering the oscillation signal from the oscillating means.
  • a data reproducing means for reproducing data from the signal demodulated by the demodulating means, and the recording signal is applied to the resistor during recording by the recording signal generating means.
  • switching means for applying an electric field to the phase change recording medium by the electric field applying means.
  • data can be recorded / reproduced on the phase-change material of the phase-change recording medium using the above-mentioned second recording / reproducing head.
  • a voltage corresponding to the data to be recorded is applied to the resistor of the recording / reproducing head, and the heat generated causes the phase change material of the phase change recording medium to change from crystalline to amorphous according to the data. Change.
  • data is recorded.
  • an electric field is applied to the phase change recording medium.
  • an alternating electric field may be generated by applying an AC signal to the phase change recording medium, or an electric field may be generated by applying a DC bias voltage to the phase change recording medium.
  • the oscillation frequency of the oscillation signal of the oscillation means changes according to the crystalline or amorphous dielectric constant, data is reproduced based on the change in the oscillation frequency.
  • the oscillation frequency of the transmitted signal is determined by the resonance frequency determined by the capacitance immediately below the probe according to the crystalline or amorphous permittivity of the phase change material and the inductance of the external inductor.
  • the capacitance changes in accordance with the difference in the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material, and the oscillation frequency is FM-modulated by the change in the capacitance.
  • the FM-modulated signal is demodulated, and data is reproduced from the demodulated signal.
  • the second recording / reproducing head used in this embodiment uses a resistor as a heating means during recording and as a data detecting means during reproduction. Therefore, at the time of recording, a recording signal by the recording signal generating means is applied to the resistor, and at the time of reproduction, an electric field is applied to the phase change recording medium by the electric field applying means. Switching between a circuit for applying a recording signal during recording and a circuit for applying an electric field during reproduction is performed by a switching unit.
  • the data reproducing means may be configured to perform synchronous detection.
  • the data reproducing means may be configured to perform phase detection.
  • the alternating electric field corresponds to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material.
  • the FM signal is FM-demodulated based on the obtained capacity, and the data is reproduced by phase detection, which compares the phase of the demodulated signal with the AC signal applied by the electric field applying means.
  • a needle-shaped probe, a cantilever-shaped probe, or the like can be used as a probe for applying an electric field.
  • the electrodes having these shapes are collectively referred to as “probes” as appropriate.
  • phase change material for example, a GeInSbTe-based phase change material which is a eutectic material is used, but another phase change material may be used.
  • the recording / reproducing head, the recording apparatus, or the recording / reproducing apparatus of the present invention a very small probe is used to heat a very small area of the phase change material. Since the data is recorded by changing the crystalline and amorphous properties, the data recording density can be greatly increased. Therefore, it is possible to overcome the limit of the recording density, which has been a limit in the conventional optical disk system, and to realize ultra-high-density recording of data.
  • the heat generating portion of the probe is extremely small, and its heat capacity is small, so that the recording response speed can be made practically sufficient.
  • the recording / reproducing head, the reproducing apparatus, or the recording / reproducing apparatus of the present invention attention is paid to the fact that the crystalline or amorphous phase change material has a different linear dielectric constant or nonlinear dielectric constant. Since the data is reproduced by detecting the change in the dielectric constant of the variable material, data recorded at an ultra-high density can be reproduced clearly and with high quality. In particular, since the SNDM technology can be applied, realizing recording / reproducing performance equivalent to or better than the recording / reproducing technology using a strong dielectric as a recording medium Can be.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a recording / reproducing head according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the recording / reproducing head according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining recording and reproduction of information on a phase change material.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the recording apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the reproducing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the recording / reproducing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the recording / reproducing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 (a) is a plan view of the present embodiment
  • FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along line A1_A1 in FIG. 1 (a).
  • the recording / reproducing head 1 has a recording / reproducing electrode 11 a, an insulating layer 13 provided at the tip of the recording / reproducing electrode 11 a, and an insulating layer 13.
  • the probe 11 includes a probe 11 including a resistor 14 provided, and a return electrode 12 provided around the probe 11.
  • the probe 11 comprises (i) a recording / reproducing electrode 11 a having a substantially spherical shape having a predetermined radius at its tip, that is, a portion facing the phase change material 16, and (ii) a conductive member. It has an insulating layer 13 made of an insulating member provided at the tip of the recording / reproducing electrode 11a, and (iii) a resistor 14 provided on the insulating layer 13 and having a predetermined specific resistance. ing.
  • the recording / reproducing electrode 11 a is an electrode obtained by nonlinear dielectric microscopy, and the tip of the probe 11 facing the phase change material 16 of the phase change recording medium 20 has a pole having a radius of 10 nm order. It is small.
  • the phase change material 16 is set to be crystalline on the entire recording surface as an initial state.
  • the phase change material 16 for example, a GeInSbTe type phase change material which is a eutectic material is used.
  • the return electrode 12 is an electrode to which the high-frequency electric field applied from the probe 11 to the phase change recording medium 20 returns, and is provided so as to surround the probe 11. In addition, as long as the high-frequency electric field returns to the return electrode 12 without resistance, its shape and arrangement can be arbitrarily set.
  • a voltage corresponding to the recorded data is applied to the resistor 14 of the probe 11 and the heat generated thereby changes the surface of the phase change material 16 from crystalline to amorphous. It is done by changing to.
  • an AC signal is applied to the phase change material 16 of the phase change recording medium 20, and the capacity C determined by the crystalline and amorphous state of the phase change material 16 is obtained. This is done by detecting s. That is, there is a difference in the nonlinear dielectric constant between the crystalline and amorphous phases of the phase change material 16, and the capacitance Cs changes in accordance with the difference in the nonlinear dielectric constant. Data is reproduced by detecting the change in the capacitance Cs.
  • SNDM nonlinear dielectric constant microscope
  • a means for applying a voltage corresponding to the recording data to the resistor 14 includes, for example, a heater 38, an AC signal generator 32 for generating an AC signal to be applied, and detection of the capacitance Cs.
  • an oscillator 31 that oscillates at a resonance frequency determined by the capacitance C s and the inductance L of the inductor 19.
  • the oscillation frequency of the oscillator 31 is FM-modulated by a change in the capacitance C s corresponding to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase-change material 16, and this oscillation signal is FM-demodulated to make it crystalline and amorphous.
  • the quality, ie, recorded data, is detected.
  • the point (part) at which voltage is applied to the resistor 14 is defined as the point (part) at which the tip of the probe 11 generates sufficient heat.
  • both ends of the diameter of the resistor 14 near the tip are preferable points (parts).
  • the recording / reproducing head 1 since the recording / reproducing head 1 includes the recording resistor 14 and the reproducing recording / reproducing electrode 11a, it is possible to perform recording / reproducing simultaneously. Note that, as shown in FIG.
  • the change material 16 is provided on the substrate 15, and an insulating thin film 17 is formed on the surface of the phase change material 16.
  • the data is recorded on the phase change material or the data recorded on the phase change material is reproduced using the SNDM technique.
  • the recording density can be greatly increased, and high-quality recording and reproduction of data can be realized.
  • the original SNDM is known as a means for electrically detecting the polarization state of the ferroelectric material.
  • the linear dielectric constant or the nonlinear dielectric constant of the phase change material differs depending on the difference between crystalline and amorphous phase change materials, and this difference in the dielectric constant was detected by SNDM.
  • a new regeneration principle is adopted. As a result, data recorded on the phase change recording medium can be clearly distinguished depending on the difference between the crystalline and amorphous properties of the phase change material, and the data can be reproduced with high quality.
  • the phase change material is heated using a micro tip equivalent to or larger than that used for the cantilever of the AFM, so that only a very small area of the phase change material can be heated. it can. As a result, it is possible to realize ultra-high-density recording that cannot be realized with a conventional optical disk system.
  • the heating portion of the probe according to the present embodiment is extremely small and has a small heat capacity, so that the recording response speed is high, and a practically sufficient recording response speed can be secured.
  • FIG. 2A is a plan view of this embodiment
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line A2-A2 in FIG. 2A.
  • the recording / reproducing head 2 includes a probe 11 composed of a support member 11 b and a resistor 14 provided at the tip of the support member 11 b, and a probe 11 1 And a return electrode 12 provided around it.
  • the probe 11 is provided on a support member 11 b made of an insulating member having a tip portion, that is, a portion facing the phase change material 16 having a substantially spherical shape with a predetermined radius, and a support member 11 b. And a resistor 14 having a predetermined specific resistance.
  • the tip of the probe 11 facing the phase change material 16 of the phase change recording medium 20 has a radius of 10 nm order. Very small. Further, the probe 11 has a needle shape, a cantilever shape or the like.
  • the return electrode 12 is an electrode from which the high-frequency electric field applied to the phase change recording medium 20 from the probe 11 returns, and is provided so as to surround the probe 11. In addition, as long as the high-frequency electric field returns to the return electrode 12 without resistance, its shape and arrangement can be arbitrarily set.
  • a voltage corresponding to the recorded data is applied to the resistor 14 of the probe 11 and the heat generated thereby changes the surface of the phase change material 16 from crystalline to amorphous. It is done by changing to. Note that the entire recording surface of the phase change material 16 is set to be crystalline as an initial state.
  • an AC signal is applied to the phase change material 16 of the phase change recording medium 20, and the capacity C determined by the crystalline and amorphous state of the phase change material 16 is determined. This is done by detecting s. That is, the difference in nonlinear dielectric constant between the crystalline and amorphous phase change materials 16 is large, and the capacitance Cs changes in accordance with the difference in nonlinear dielectric constant. Data is reproduced based on the change in the capacity Cs.
  • a means for applying a voltage corresponding to the recording data to the resistor 14 includes, for example, a heater 38, an AC signal generator 32 for generating an AC signal to be applied, and detection of the capacitance Cs.
  • an oscillator 31 that oscillates at a resonance frequency determined by the capacitance C s and the inductance L of the inductor 19.
  • the oscillation frequency of the oscillator 31 is FM-modulated by a change in the capacitance C s corresponding to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase-change material 16, and this oscillation signal is FM-demodulated to make it crystalline and amorphous.
  • the quality, ie, recorded data is detected. Note that the resistance component of the resistor 14 is added to the oscillation circuit, and the level of the oscillation signal is reduced.
  • the resistor 14 of the recording / reproducing head 2 is used as a heater electrode for recording and an electrode for reproducing, it is necessary to switch the signal applied to the resistor 14 during recording and reproducing. Yes, the switching is performed by SW1 and SW2, for example. That is, the circuit is switched by setting SW 1 and SW 2 to the heater 38 side during recording, and setting SW 1 to the oscillator side and opening SW 2 during reproduction.
  • the phase change material 16 of the phase change recording medium 20 is initially crystalline and unified.
  • the probe 11 is positioned at a portion to be recorded, and a voltage is applied to the resistor 14.
  • the resistor 14 generates heat due to the applied voltage, and changes the phase change material 16 at that portion from crystalline to amorphous.
  • the heat generation of the resistor 14 can be changed in accordance with the data.
  • a heating operation corresponding to the data is executed while the recording / reproducing head 2 is relatively scanned with respect to the phase change recording medium 20.
  • phase change material 16 changes according to the data, and the phase change material 16 forms a crystalline and amorphous arrangement corresponding to the data.
  • data is recorded on the phase change material.
  • Such a recording operation is performed using the probe 11 having a tip with a radius of the order of 10 nm, so that the data recording density can be greatly improved.
  • an AC signal is applied to the phase change material 16 of the phase change recording medium 20.
  • An inductor 19 having an inductance L is provided between the recording / reproducing electrode 11 a and the return electrode 12, and the inductor 19 and the crystalline or amorphous material immediately below the probe 11 are provided.
  • the capacitance C s corresponding to the dielectric constant forms a resonance circuit.
  • the oscillation signal based on the resonance frequency is FM-modulated by the capacitance Cs corresponding to the crystalline or amorphous dielectric constant.
  • the FM-modulated signal is subjected to FM demodulation to discriminate between crystalline and amorphous, and the data is reproduced. If SNDM is used, it is possible to distinguish between crystalline and amorphous with a high sN ratio, so that high-quality data reproduction is realized.
  • the recording device 3 includes a recording / reproducing electrode 11 a, an insulating layer 13 provided at the tip of the recording / reproducing electrode 11 a, and a resistor provided on the insulating layer 13.
  • a probe 11 comprising a body 14; a recording / reproducing head 1 provided with a return electrode 12 provided around the probe 11; and a heater 32 for applying a voltage to the resistor 14; Generate data to be recorded
  • the recording signal generator 39 is provided. A signal corresponding to the data generated by the recording signal generator 39 is input to the heater 32.
  • the entire recording surface of the phase change material 16 of the phase change recording medium 20 is initialized to be crystalline.
  • the heater 32 heats the resistor 14 based on the signal from the recording signal generator 39 and the heat generated by the resistor 14 changes the phase change recording medium.
  • the 20 phase change material 16 is made amorphous.
  • the probe 11 is in contact with the phase-change recording medium 20 or is scanned facing the other with a small space, and the phase-change material 16 contains heat in the crystal due to the heat generated by the resistor 14.
  • Amorphous is formed as data.
  • the recording signal generator 39 generates data to be recorded, and the data is converted in a predetermined recording format, and is subjected to processing related to control information, error correction, data compression, and the like. May be included.
  • the recording and reproducing head 2 may be used in place of the recording and reproducing head 1.
  • SW 1 and SW 2 are connected to the heater 38 side, and a voltage corresponding to data to be recorded on the resistor 14 is applied to heat the resistor 14.
  • the reproducing device 4 includes a recording / reproducing electrode 11 a, an insulating layer 13 provided at the tip of the recording / reproducing electrode 11 a, and a resistor provided on the insulating layer 13.
  • the recording / reproducing head 1 includes a probe 11 composed of a probe 14 and a return electrode 12 provided around the probe 11. Further, the reproducing device 4 includes an inductor 19 provided between the recording / reproducing electrode 11 a of the probe 11 and the return electrode 12, and a phase change material 16 immediately below the inductor 19 and the probe 11.
  • An oscillator 31 that oscillates at a resonance frequency determined by a capacitance C s corresponding to a crystalline or amorphous dielectric constant; an AC signal generator 32 that generates an AC signal applied to a phase change material 16; An FM demodulator 33 that demodulates an oscillating signal modulated by a capacitance Cs according to the crystalline or amorphous dielectric constant, and a signal detector 34 that reproduces data from the demodulated signal are provided. I have.
  • the probe 11 contacts the phase change material 16 of the phase change recording medium 20 or faces the phase change material 16 with a small space.
  • the phase change recording medium 20 has a crystalline or amorphous region formed corresponding to the radius of the tip of the probe 11. And crystalline or amorphous The quality areas correspond to the data.
  • the capacitance Cs corresponding to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material 16 at the tip of the probe 11 is added to the resonance circuit with the inductor 19, so that the oscillation frequency is reduced by the capacitance C will depend on s.
  • the detection voltage shown in FIG. 3 is output, and the recorded data is reproduced.
  • the AC signal generator 32 generates an AC signal to be applied to the phase change material 16 of the phase change recording medium 20. This AC signal is also used as a reference signal when reproducing data from the FM demodulated signal.
  • the inductor 19 is provided between the recording / reproducing electrode 11a and the return electrode 12, and is formed, for example, by a microstrip line.
  • a resonance circuit is formed by the inductance L of the inductor 19 and the capacitance C s.
  • phase change recording medium 20 for example, a GeI 1 SbTe-based phase change material, which is a eutectic material, is used.
  • shape of the phase change recording medium 20 include a disk form and a card form. Movement of the relative position with respect to the probe 11 is performed by rotation of the medium, or one of the probe 11 and the medium is moved linearly.
  • the oscillator 31 is an oscillator that oscillates at a frequency determined by the inductance L and the capacitance Cs.
  • the oscillation frequency changes according to the change in the capacitance C s, and thus corresponds to the change in the capacitance C s determined by the crystalline or amorphous dielectric constant corresponding to the recorded data.
  • FM modulation is performed.
  • the recorded data can be read by demodulating this FM modulation.
  • the FM demodulator 33 demodulates the oscillation frequency of the oscillator 31 modulated by the capacitance Cs, and obtains the data recorded corresponding to the crystalline or amorphous portion traced by the probe 11. Restore the waveform. This is done by FM demodulating the frequency that is modulated according to the recorded data.
  • the signal detection section 34 reproduces recorded data based on the signal demodulated by the FM demodulator 33 and the applied AC signal from the AC signal generator 32. Same for signal playback It is possible to use a method based on period detection, a method based on phase detection, or the like. As a means for synchronous detection, for example, a mouth-in amplifier can be used.
  • the reproducing apparatus 4 of the present embodiment it is possible to detect whether crystalline or amorphous corresponding to the data formed on the phase change material 16 of the phase change recording medium 20. And data with a good SN ratio is reproduced.
  • the recording and reproducing head 2 may be used in place of the recording and reproducing head 1.
  • SW 1 is connected to the oscillator 31 side, and SW 2 is open.
  • a first embodiment of the recording / reproducing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
  • the details of the operation and operation of each component of the recording / reproducing device 5 are the same as those described for the recording device 3 and the reproducing device 4, and will be appropriately referred to.
  • the recording / reproducing device 5 includes a recording / reproducing electrode 11a, an insulating layer 13 provided at the tip of the recording / reproducing electrode 11a, and a resistor provided on the insulating layer 13. It has a probe 11 composed of a body 14 and a recording / reproducing head 1 having a return electrode 12 provided around the probe 11. Further, the recording / reproducing device 5 includes a heater 38 for applying a voltage to the antibody 14 to overheat as a recording system, and a recording signal generator 39 for generating a signal input to the heater 38.
  • the recording / reproducing device 5 includes, as a reproducing system, an inductor 19 provided between the recording / reproducing electrode 11 a of the probe 11 and the return electrode 12, and a phase immediately below the inductor 19 and the probe 11.
  • An oscillator 31 that oscillates at a resonance frequency determined by a capacitance C s according to the crystalline or amorphous dielectric constant of the phase change material 16 and an AC signal that generates an AC signal applied to the phase change material 16
  • a signal corresponding to the data to be recorded is generated by the recording signal generator 39 and input to the heater 38.
  • a voltage is applied from the heater 38 to the resistor 14 of the probe 11, and the resistor 14 is heated to generate heat. Due to this heat, the phase change material 16 of the phase change recording medium 20 changes from crystalline to amorphous, and data is recorded.
  • the read operation is recorded corresponding to the crystalline or amorphous phase change material 16 The data is determined by distinguishing between crystalline and amorphous.
  • An AC signal from an AC signal generator 32 is applied to the phase change material 16 of the phase change recording medium 20.
  • a resonance circuit is formed by the inductance L of the inductor 19 and the capacitance C s corresponding to the crystalline or amorphous dielectric constant, and the oscillator 31 oscillates at the frequency of the resonance circuit.
  • the oscillation signal is FM-modulated by the capacitor C s and demodulated by the FM demodulator 33.
  • the demodulated signal reproduces the recorded data based on the AC signal from the AC signal generator 32 in the signal detector 34.
  • the recording / reproducing apparatus 6 of this embodiment has a recording system and a reproducing system as separate functions due to the structure of the recording / reproducing head 1 used, and performs the reproducing operation while performing the recording operation. It is possible to check the recording state of the recorded data while performing the recording.
  • a second embodiment of the recording / reproducing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
  • the details of the operation and operation of each component of the recording / reproducing device 6 are the same as those described for the recording device 3 and the reproducing device 4, and will be appropriately referred to.
  • the recording / reproducing device 6 includes a probe 11 composed of a support member lib and a resistor 14 provided at the front end of the support member lib, and a probe 11 provided around the probe 11.
  • a recording / reproducing head 2 having a return electrode 12 is provided.
  • the recording / reproducing device 6 includes a heater 38 for applying a voltage to the resistor 14 to overheat as a recording system, and a recording signal generator 39 for generating a signal to be input to the heater 38.
  • the recording / reproducing device 6 includes, as a reproducing system, an inductor 19 provided between the resistor 14 of the probe 11 and the return electrode 12, and a phase change material 1 immediately below the inductor 19 and the probe 11.
  • An oscillator 31 that oscillates at a resonance frequency determined by the capacitance C s according to the crystalline or amorphous dielectric constant of 6, and an AC signal generator 3 that generates an AC signal applied to the phase change material 16 2, an FM demodulator 33 that demodulates an oscillating signal that is modulated by a capacitance Cs according to the crystalline or amorphous dielectric constant, a signal detector 3 that reproduces data from the demodulated signal, etc. It has.
  • SW1 and SW2 are connected to the heater 38 side, respectively, and a signal corresponding to data to be recorded generated by the recording signal generator 39 is input to the heater 38.
  • a voltage is applied from the heater 38 to the resistor 14 of the probe 11, and the resistor 14 is heated to generate heat. Due to this heat, the phase change material 16 of the phase change recording medium 20 changes from crystalline to amorphous, and data is recorded.
  • SW 1 is connected to the oscillator 31 side, and SW 2 is opened so that the resistor 14 is connected to the inductor 19 and the oscillator 31. Therefore, the AC signal generated by the AC signal generator 32 is applied to the phase change material 16 of the phase change recording medium 20.
  • Reproduction of the recorded data is performed by determining whether the phase change material 16 is crystalline or amorphous.
  • An AC signal from an AC signal generator 32 is applied to the phase change material 16 of the phase change recording medium 20.
  • a resonance circuit is formed by the inductance L of the inductor 19 and the capacitance C s corresponding to the crystalline or amorphous dielectric constant, and the oscillator 31 oscillates at the frequency of the resonance circuit.
  • the oscillation signal is FM-modulated by the capacitor C s and demodulated by the FM demodulator 33.
  • the demodulated signal reproduces the recorded data based on the AC signal from the AC signal generator 32 in the signal detector 34.
  • the recording / reproducing head, the recording apparatus, the reproducing apparatus, and the recording / reproducing apparatus according to the present invention employ a scanning nonlinear dielectric microscopy (SNDM) or the like as a technology capable of realizing high-density and large-capacity recording.
  • the present invention can be used for a recording / reproducing head for recording and reproducing data on a recording medium, and for a recording apparatus, a reproducing apparatus, and a recording / reproducing apparatus to which the recording / reproducing head is applied.

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Description

明 細 書 記録再生へッ ド及ぴ記録再生装置 技術分野
本発明は、 相変化材料を用いた相変化記録媒体にデータを記録し、 又は相変化 記録媒体に記録されたデータを再生する記録再生ヘッ ド、 記録装置、 再生装置及 び記録再生装置の技術分野に関する。 背景技術
従来より高密度大容量でランダムアクセスが可能な記録再生装置として、 光デ ィスク装置や HD D (H a r d D i s c D r i v e ) 装置が知られている。 また、 近年、 誘電体記録媒体をナノスケールで分析する S NDM (S c a n n i n g N o n l i n e a r D i e l e c t r i c M i c r o s c o p y : 走 查型非線形誘電率顕微鏡法） を利用した記録再生の技術について、 本願発明者等 によって提案されているところである。
光記録は、 レーザを光源とした光ピックアップを用い、 ディスクに形成された 有機色素又は相変化材料の層にピットを形成することによってデータを記録し、 また、 ピッ トの有無によって、 これらの層の反射率が異なることを利用してデー タの再生を行うものである。 あるいは、 光磁気効果を利用してデータの記録再生 を行うものもある。 しかしながら、 光ピックアップは、 HDDの磁気ヘッ ドと比 ぺて大きく、 高速読み出しに不適である。 また、 ピッ トの大きさは光の回折限界 で規定されるため、 記録密度は 5 0 G b i t / i n c h 2が限界とされる。
また、 HDDに代表される磁気記録の長手記録では近年、 GMR (G i a n t M a g n e t i c R e s i s t a n c e ) による MRへッ ドが実用化されてお り、 更に垂直磁気記録を用いることで光ディスク以上の記録密度が期待されてい るが、 磁気記録情報の熱揺らぎや符号反転部分でのブロッホ壁の存在、 更にこれ らを考慮したパターンドメディアを用いても記録密度は 1 T b i t / i n c h 2 が限界とされている。 S NDMは、 強誘電体記録媒体の非線形誘電率を測定することで強誘電体ドメ インの正負を判別できる。 S NDMにおいては、 AFM (A t o m i c F o r c e M i c r o s c o p y) 等に用いられる先端に微小な探針を設けた導電性 のカンチレバー（プローブ）を用いることで、 測定に係る分解能を、 サブナノメ一 トルにまで高めることが可能である。 近年では、 S NDMの技術を応用して、 デ ータを、 強誘電体からなる記録媒体に記録する超高密度記録再生装置の開発が進 められている。 発明の開示
さて、 現在開発が進められている S NDMの技術を適用した記録再生装置は、 プローブから強誘電体記録媒体に抗電界以上の電界を印加し、 誘電体記録媒体に 所定方向の分極方向を有する分極ドメインを形成してデータを記録する。 また、 プローブ直下の誘電 記録媒体の容量とインダクタとによって形成される共振周 波数で発振する発振信号の周波数変動から分極状態を検出し、 データの再生を行 う。
しかしながら、 このような強誘電体を記録媒体として用いた記録再生において は、 再生信号の S N比の向上、 ひいては、 エラーレートの改善又は記録再生速度 の向上が課題であるが、 これらを実現することは、 必ずしも容易でない。
一方、 相変化材料を用いた記録媒体は、 一般に記録分解能が高いことが知られ ている。 しかし、 相変化記録媒体を用いた従来の記録再生装置では、 上述したよ うに、 レーザの回折限界により、 記録密度が規定されるため、 記録密度の向上に は限界がある。
以上に例示した問題を解決するために、 本発明の目的は、 プローブメモリーの 手法を用い相変化記録媒体にデータを記録し、 又は相変化記録媒体に記録された データを SNDM法を用いて再生する装置であって、 記録密度を高めることがで き、かつ、データの高品位な記録再生を実現することができる記録再生へッ ドと、 この記録再生へッ ドを適用した記録装置、 再生装置及び記録再生装置を提供する ことにある。
本発明について以下に説明する。 本発明に係る第 1の記録再生ヘッ ドは、 相変化記録媒体にデータを記録し、 又 は相変化記録媒体に記録されたデータを再生する記録再生へッ ドであって、 導電 性部材からなり、 その先端部に所定の半径の略球状突起先端部を有し、 データを 検出する再生電極と、再生電極の先端部を覆う絶縁膜と、絶縁膜の上に設けられ、 データを記録する際に発熱する抵抗体とからなる探針と、探針の周囲に設けられ、 当該探針に印加される電界の高周波成分が戻るためのリターン電極とを備える。 本発明に係る第 1の記録再生ヘッ ドは、 相変化材料に当接、 或いは近接してデ ータを記録し或いは再生する探針を有する。 この探針は、 中心部に、 先端部が略 球状である再生電極を備え、 その再生電極の先端部を絶縁膜で覆うと共に、 更に 絶縁膜の上に、 再生電極とは絶縁された状態で抵抗体を備えている。 このように 構成された探針の周囲には、 探針に印加される電界の高周波成分が戻るためのリ ターン電極が設けられている。 また、 抵抗体には電圧を印加するために、 抵抗体 の直径の両端部にリード線を設けてもよい。
データの記録時には、探針の抵抗体にデータに対応したパルス電圧が印加され、 抵抗体の発熱によって相変化材料を結晶質から非晶質に変化させて記録を行う。 また、 媒体への加熱条件を変えることで非晶質から結晶質の状態に戻すことがで き、 これにより、 記録したデータを消去することができる。 さらに、 データの再 生時には、 相変化記録媒体に電界を印加し、 相変化材料の結晶質と非晶質との誘 電率の違いを判別することで再生を行う。 リターン電極は結晶質或いは非晶質の 誘電率に対応した容量で発振する高周波電界が戻るための電極である。
本発明に係る第 2の記録再生ヘッ ドは、 相変化記録媒体にデータを記録し、 又 は相変化記録媒体に記録されたデータを再生する記録再生へッ ドであって、 絶縁 性部材からなり、 その先端部に所定の半径の略球状突起先端部を有する支持部材 と、 支持部材の先端部に設けられ、 データを記録する際に発熱する抵抗体とから なる探針と、 探針の周囲に設けられた、 当該探針に印加される電界の高周波成分 が戻るためのリターン電極とを備える。
本発明に係る第 2の記録再生ヘッ ドは、 相変化材料に当接、 或いは近接して、 データを記録し或いは再生する探針を有する。 この探針は、 中心部に、 先端部が 略球状の絶縁性の部材からなる支持部材と、 その支持部材の先端部を覆う抵抗体 を備えている。 このように構成された探針の周囲には、 探針に印加される電界の 高周波成分が戻るためのリターン電極が設けられている。
データの記録時には、探針の抵抗体にデータに対応したパルス電圧が印加され、 抵抗体の発熱によって相変化材料を結晶質から非晶質に変化させて記録を行う。 電圧の印加は抵抗体の直径の両端部から行うことが望ましい。 また、 データの再 生時には、 抵抗体を加熱用の回路から切り離し、 相変化記録媒体に電界を印加す る回路構成にし、 相変化材料に電界を印加する。 そして、 相変化材料の結晶質と 非晶質との誘電率の違いを判別することで記録されているデータの再生を行う。 リターン電極は結晶質或いは非晶質の誘電率に対応した容量で発振する高周波電 界が戻るための電極である。
本発明に係る第 1又は第 2の記録再生へッ ドのー態様として、 抵抗体が発生す る熱量が、 相変化材料を結晶質から非晶質に変化させる熱量となるように構成し てもよい。
この態様によれば、 記録すべきデータに対応して抵抗体を発熱させることで、 結晶質に初期設定された相変化材料の状態を、 データに対応して、 結晶質から非 晶質に変化させることができ、 これにより、 データを相変化材料に記録すること ができる。
本発明に係る第 1又は第 2の記録再生へッ ドの他の態様として、 当該記録再生 ヘッ ドを、 非線形誘電率顕微鏡法に基づき、 相変化記録媒体にデータを記録し、 又は再生する構成としてもよい。
この態様によれば、 相変化記録媒体の相変化材料に高密度でデータを記録し、 高い S N比を有して再生することが可能である。
なお、 非線形誘電率顕微鏡法については、 本願発明者の長康雄による 「応用物 理」、 応用物理学会、 1 9 9 8、 第 6 7卷、 第 3号、 p . 3 2 7— 3 3 1に詳しく 紹介されている。
本発明に係る記録装置は、 相変化記録媒体の相変化材料にデータを記録する記 録装置であって、 上述した第 1又は第 2の記録再生ヘッ ドと、 この記録再生へッ ドの抵抗体に通電し、 データに対応して発熱させる加熱手段と、 加熱手段に入力 するデータに対応した記録信号を生成する記録信号生成手段とを備える。 本発明に係る記録装置によれば、 上述した第 1又は第 2の記録再生へッ ドの抵 抗体に、 記録すべきデータに対応した電圧を印加し、 その発熱によって、 相変化 記録媒体の相変化材料を、 データに対応して、 結晶質から非晶質に変化させる。 これにより、 データの記録が行われる。
本発明に係る第 1の再生装置は、 相変化記録媒体の相変化材料に記録したデー タを再生する再生装置であって、 上述した第 1の記録再生ヘッ ドと、 相変化記録 媒体に電界を印加する電界印加手段と、 相変化記録媒体の相変化材料の結晶質又 は非晶質の誘電率の違いに応じて発振周波数が変化する発振手段と、 発振手段に よる発振信号を復調する復調手段と、 復調手段により復調された信号からデータ を再生するデータ再生手段とを備える。
本発明に係る第 1の再生装置において、 相変化記録媒体に電界を印加する。 例 えば、 相変化記録媒体に交流信号を印加することによって交番電界を生成しても よいし、 相変化記録媒体に直流バイアス電圧を印加することによって電界を生成 してもよい。 そして、 発振手段の発振信号は、 相変化材料の結晶質又は非晶質の 誘電率の違いに応じて発振周波数が変化する。 この発振信号の発振周波数に基づ いてデータを再生する。 発振信号の発振周波数は、 相変化材料の結晶質又は非晶 質の誘電率の違いに応じた探針直下の容量と、 外付けされるインダクタのィンダ クタンスとで決まる共振周波数で決定される。 即ち、 結晶質又は非晶質の誘電率 に応じて容量は変化し、 この容量変化によって発振周波数は F M変調される。 こ の F M変調を復調し、 その復調された信号からデータの再生が行われる。
本発明に係る第 2の再生装置は、 .相変化記録媒体の相変化材料に記録したデー タを再生する再生装置であって、 上述した第 2の記録再生ヘッ ドと、 相変化記録 媒体に電界を印加する電界印加手段と、 相変化記録媒体の相変化材料の結晶質又 は非晶質の誘電率の違いに応じて発振周波数が変化する発振手段と、 発振手段に よる発振信号を復調する復調手段と、 復調手段により復調された信号からデータ を再生するデータ再生手段とを備える。
本発明に係る第 2の再生装置において、 相変化記録媒体に電界を印加する。 例 えば、 相変化記録媒体に交流信号を印加することによって交番電界を生成しても よいし、 相変化記録媒体に直流バイアス電圧を印加することによって電界を生成 してもよい。 そして、 発振手段の発振信号は、 相変化材料の結晶質又は非晶質の 誘電率に応じて発振周波数が変化する。 この発振信号の発振周波数に基づいてデ —タを再生する。 発振信号の発振周波数は、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘 電率の違いに応じた探針直下の容量と、 外付けされるィンダクタのィンダクタン 'スとで決まる共振周波数で決定される。 即ち、 結晶質又は非晶質の誘電率の違い に応じて容量は変化し、 この容量変化によって発振周波数は F M変調される。 こ の F M変調を復調し、 その復調された信号からデータの再生が行われる。 尚、 上 述した第 2の記録再生へッ ドの抵抗体はデータ記録時には加熱手段として用いら れるものであり、 本発明ではデータを検出する手段として用いるので、 抵抗体は 発振器側に接続されている。
本発明に係る第 1又は第 2の再生装置の一態様として、 データ再生手段を同期 検波によって行う構成としてもよい。
この態様によれば、電界印加手段によって相変化記録媒体に交流信号を印加し、 相変化材料に交番電界を生成する場合には、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘 電率に対応した容量に基づいて F M変調された発振信号を F M復調し、 その復調 信号から同期検波によってデータの再生が行われる。 同期検波には、 電界印加手 段によって相変化記録媒体に印加された交流信号が参照信号として用いられる。 本発明に係る第 1又は第 2の再生装置の他の態様として、 データ再生手段を位 相検波により行う構成としてもよい。
この態様によれば、電界印加手段によって相変化記録媒体に交流信号を印加し、 相変化材料に交番電界を生成する場合には、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘 電率に対応した容量に基づいて F M変調された発振信号を F M復調し、 その復調 信号と、 電界印加手段によつて印加された交流信号との位相を比較する位相検波 によってデータの再生が行われる。
本発明に係る第 1の記録再生装置は、 相変化記録媒体の相変化材料にデータを 記録し又は再生するために、 上述した第 1の記録再生へッドを用いた記録再生装 置であって、 (i) 記録装置として、 探針の抵抗体に通電し、 データに対応して発 熱させる加熱手段と、 加熱手段に入力するデータに対応した記録信号を生成する 記録信号生成手段とを備え、 （ii) 再生装置として、 相変化記録媒体に電界を印加 する電界印加手段と、 相変化記録媒体の相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率 の違いに応じて発振周波数が変化する発振手段と、 発振手段による発振信号を復 調する復調手段と、 復調手段により復調された信号からデータを再生するデータ 再生手段とを備える。
本発明に係る第 1の記録再生装置によれば、 上述した第 1の記録再生ヘッ ドを 用い、 相変化記録媒体の相変化材料にデータを記録し、 再生することができる。 記録時には記録再生へッ ドの抵抗体に記録すベきデータに対応した電圧を印加し、 その発熱によって相変化記録媒体の相変化材料を、 データに対応して、 結晶質か ら非晶質に変化させることでデータの記録が行われる。
一方、 再生時には、 相変化記録媒体に電界を印加する。 例えば、 相変化記録媒 体に交流信号を印加することによって交番電界を生成してもよいし、 相変化記録 媒体に直流バイアス電圧を印加することによって電界を生成してもよい。そして、 発振手段の発振信号の発振周波数が、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率に 応じて変化するので、 その発振周波数に基づいてデータを再生する。 発信信号の 発振周波数は、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率に応じた探針直下の容量 と、 外付けされるインダクタのィンダクタンスとで決まる共振周波数で決定され る。 即ち、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率の違いに対応して容量は変化 し、 この容量変化によって発振周波数は F M変調される。 この F M変調された信 号を復調し、 その復調された信号からデータの再生が行われる。
尚、 本発明に用いる第 1の記録再生ヘッ ドは抵抗体と再生電極が独立して設け られているので、 記録再生動作は同時に行うことが可能である。 即ち、 記録され つつあるデータを再生して、 データの記録状態を監視することが可能である。 本発明に係る第 2の記録再生装置は、 相変化記録媒体の相変化材料にデータを 記録し又は再生するために、 上述した第 2の記録再生へッ ドを用いた記録再生装 置であって、 （i) 記録装置として、 探針の抵抗体に通電し、 データに対応して発 熱させる加熱手段と、 加熱手段に入力するデータに対応した記録信号を生成する 記録信号生成手段とを備え、 （ii) 再生装置として、 相変化記録媒体に電界を印加 する電界印加手段と、 相変化記録媒体の相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率 の違いに応じて発振周波数が変化する発振手段と、 発振手段による発振信号を復 調する復調手段と、 復調手段により復調された信号からデータを再生するデータ 再生手段とを備え、 且つ、 記録時において、 抵抗体に記録信号生成手段による記 録信号が印加され、 一方、 再生時において、 相変化記録媒体に電界印加手段によ る電界を印加させる切り替え手段を備える。
本発明に係る第 2の記録再生装置によれば、 上述した第 2の記録再生ヘッ ドを 用い、 相変化記録媒体の相変化材料にデータを記録し、 再生することができる。 記録時には記録再生へッ ドの抵抗体に記録すべきデータに対応した電圧を印加し、 その発熱によって相変化記録媒体の相変化材料を、 データに対応して、 結晶質か ら非晶質に変化させる。 これにより、 データの記録が行われる。
一方、 再生時には、 相変化記録媒体に電界を印加する。 例えば、 相変化記録媒 体に交流信号を印加することによって交番電界を生成してもよいし、 相変化記録 媒体に直流バイアス電圧を印加することによって電界を生成してもよレ、。そして、 発振手段の発信信号の発振周波数が、 結晶質又は非晶質の誘電率に応じて変化す るので、 この発振周波数の変化に基づいてデータを再生する。 発信信号の発振周 波数は、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率に応じた探針直下の容量と、 外 付けされるインダクタのィンダクタンスとで決まる共振周波数で決定される。 即 ち、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率の違いに対応して容量は変化し、 こ の容量変化によって発振周波数は F M変調される。 この F M変調された信号を復 調し、 その復調された信号からデータの再生が行われる。
尚、 本実施例に用いる第 2の記録再生ヘッ ドは、 抵抗体を記録時には加熱手段 として用い、 再生時にはデータ検出の手段として用いる。 そのため、 記録時には 抵抗体に記録信号生成手段による記録信号を印加し、 一方、 再生時には相変化記 録媒体に電界印加手段による電界を印加する。 記録時に記録信号を印加する回路' と、再生時に電界を印加する回路の切り替えは、切り替え手段によって行われる。 本発明に係る第 1又は第 2の記録再生装置の一態様として、 データ再生手段を 同期検波により行う構成としてもよい。
この態様によれば、電界印加手段によつて相変化記録媒体に交流信号を印加し、 相変化材料に交番電界を生成する場合には、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘 電率に対応した容量に基づいて F M変調された発振信号を F M復調し、 その復調 信号から同期検波によってデータの再生が行われる。 同期検波には、 電界印加手 段によって相変化記録媒体に印加された交流信号が参照信号として用いられる。 本発明に係る第 2の記録再生装置の他の態様として、 データ再生手段を位相検 波により行う構成としてもよい。
この態様によれば、電界印加手段によって相変化記録媒体に交流信号を印加し、 相変化材料に交番電界を生成する場合には、 相変化材料の結晶質又は非晶質の誘 電率に対応した容量に基づいて F M変調された発振信号を F M復調し、 その復調 信号と、 電界印加手段によつて印加された交流信号との位相を比較する位相検波 によってデータの再生が行われる。
尚、 以上に説明した記録再生ヘッ ド、 記録装置、 再生装置及び記録再生装置に おいて、 電界を印加する探針として、 針状の探針や、 カンチレバー状の探針等を 用いることができる。 以下、 これらの形状を有する電極を総称して適宜「探針」と 記す。
また、 相変化材料として、 例えば共晶系の材料である G e I n S b T e系の相 変化材料が用いられるが、 他の相変化材料を用いてもよい。
以上のように、 本発明による記録再生ヘッ ド、 記録装置、 又は記録再生装置に よれば、 きわめて微小な探針を用いて相変化材料の微小領域を加熱し、 これによ つて、 相変化材料の結晶質 .非晶質を変化させ、 データを記録する構成としたか ら、 データの記録密度を大幅に高めることができる。 したがって、 従来の光ディ ス-クシステムでは限界とされていた記録密度の壁を乗り越えることができ、 デー タの超高密度記録を実現することができる。
さらに、 探針の発熱部分はきわめて微小であり、 熱容量が小さいために記録応 答速度も実用上充分なものとすることができる。
これに加え、 本発明の記録再生ヘッ ド、 再生装置又は記録再生装置によれば、 相変化材料の結晶質と非晶質とで線形誘電率又は非線形誘電率が異なる点に着目 し、 この相変化材料における誘電率の変化を検出してデータを再生する構成とし たから、 超高密度で記録されたデータを、 明瞭にかつ高品位に再生することがで きる。 特に、 S N D Mの技術を適用することができるので、 記録媒体として強誘 電体を利用した記録再生技術と同等又はそれ以上の記録再生性能を実現すること ができる。
本発明のこのような作用、 及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにさ れる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る記録再生へッ ドの第 1の実施例を示す図である。
図 2は、 本発明に係る記録再生へッ ドの第 2の実施例を示す図である。
図 3は、相変化材料に対する情報の記録再生について説明するための図である。 図 4は、 本発明に係る記録装置の実施例の構成を示す図である。
図 5は、 本発明に係る再生装置の実施例の構成を示す図である。
図 6は、 本発明に係る記録再生装置の第 1の実施例の構成を示す図である。 図 7は、 本発明に係る記録再生装置の第 2の実施例の構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
(記録再生ヘッ ドの第 1の実施例）
本発明に係る記録再生へッ ドの第 1の実施例について、 図 1を参照して説明す る。 ここで、 図 1 ( a ) は本実施例の平面図であり、 図 1 ( b ) は図 1 ( a ) 中 の A 1 _ A 1における断面図である。
図 1に示すように、 記録再生へッ ド 1は、 記録再生電極 1 1 a と、 記録再生電 極 1 1 aの先端部に設けられた絶縁層 1 3と、 絶縁層 1 3の上に設けられた抵抗 体 1 4とからなる探針 1 1 と、 探針 1 1の周囲に設けられたリターン電極 1 2を 備えている。
探針 1 1は、 （i)導電性部材からなり、 その先端部、 即ち相変化材料 1 6に対向 する部位が所定の半径の略球状である記録再生電極 1 1 a と、（ii)この記録再生電 極 1 1 aの先端部に設けられた絶縁性部材による絶縁層 1 3と、 （iii)絶縁層 1 3 の上に設けられた所定の固有抵抗を有する抵抗体 1 4とを備えている。 記録再生 電極 1 1 aは、 非線形誘電率顕微鏡法による電極であり、 相変化記録媒体 2 0の 相変化材料 1 6に対向する探針 1 1の先端部はその半径が 1 0 n mオーダーの極 めて小さいものである。 また、 探針 1 1 として、 針状のものや、 カンチレバー状 等のものがある。 また、 相変化材料 1 6は初期状態として記録面全面が結晶質に 設定されている。 その相変化材料 1 6 として、 例えば共晶系の材料である G e I n S b T e系の相変化材料が用いられる。
リターン電極 1 2は、 探針 1 1から相変化記録媒体 2 0に印加した高周波電界 が戻る電極であって、 探針 1 1を取り巻くように設けられている。 尚、 高周波電 界が抵抗なく リターン電極 1 2に戻るものであれば、 その形状や配置は任意に設 定が可能である。
記録再生へッ ド 1による記録は、 探針 1 1の抵抗体 1 4に記録データに対応し た電圧を印加し、 その発生する熱によって相変化材料 1 6の表面を結晶質から非 晶質に変化させることで行われる。
また、 記録再生へッ ド 1による再生は、 相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6 に交流信号を印加し、 相変化材料 1 6の結晶質と非晶質の状態によって決まる容 量 C sを検出することで行われる。 すなわち、 相変化材料 1 6の結晶質と非晶質 とでは非線形誘電率に違いがあり、 この非線形誘電率の違いに対応して、 容量 C sが変化する。 この容量 C sの変化を検出することによって、 データの再生が行 われる。 本実施例に適用される非線形誘電率顕微鏡 （S N D M) 法によれば、 結 晶質と非晶質との非線形誘電率の違いを高い S N比で検出することができる。 尚、 抵抗体 1 4に記録データに対応した電圧を印加する手段として、 例えばヒ ータ 3 8があり、印加する交流信号の発生手段として交流信号発生器 3 2があり、 容量 C sを検出するために容量 C s とインダクタ 1 9のインダクタンス Lで決ま る共振周波数で発振する発振器 3 1がある。 発振器 3 1の発振周波数は相変化材 料 1 6の結晶質或いは非晶質の誘電率に対応した容量 C sの変化により F M変調 され、 この発振信号を F M復調することで結晶質と非晶質の別、 即ち記録データ が検出される。
また、 抵抗体 1 4に電圧を印加する点 （部位） は、 探針 1 1の先端部が充分に 発熱する点 （部位） に定められる。 例えば先端部に近い抵抗体 1 4の直径の両端 等が好ましい点 （部位） である。 また、 上述したように記録再生ヘッ ド 1は記録 用の抵抗体 1 4と再生用の記録再生電極 1 1 a とを備えているので、 記録再生を 同時に行うことが可能となる。 尚、 図 1に示すように、 相変化記録媒体 2 0の相 変化材料 1 6は、 基板 1 5上に設けられており、 相変化材料 1 6の表面には、 絶 縁薄膜 1 7が形成されている。
このような構成を有する記録再生へッ ド 1によれば、 S N D Mの技術を用いて、 相変化材料にデータを記録し、 又は相変化材料に記録されたデータを再生するこ ととしたから、 記録密度を大幅に高めることができ、 かつ、 データの高品位な記 録及ぴ再生を実現することができる。 すなわち、 本来の S N D Mは強誘電体材料 の分極状態を電気的に検出する手段として知られている。しかし、本実施例では、 相変化材料の結晶質 ·非晶質の違いによって、 相変化材料の線形誘電率又は非線 形誘電率が異なることに着目し、 この誘電率の相違を S N D Mによって検出する という新規な再生原理を採用している。 これにより、 相変化材料の結晶質 ·非結 晶質の違いによって相変化記録媒体に記録されたデータを、 明瞭に判別すること ができ、 データを高品位に再生することができる。
さらに、 本実施例では、 A F Mのカンチレバーに使われるものと同等又はそれ 以上の微小な探針を用いて、 相変化材料を加熱するので、 相変化材料のきわめて 微小な領域のみを加熱することができる。 これにより、 従来の光ディスクシステ ムでは、 実現不可能な超高密度記録を実現することができる。
また、 本実施例による探針の発熱部分はきわめて微小であり、 熱容量が小さい ため、記録応答速度が高く、実用上充分な記録応答速度を確保することができる。
(記録再生へッ ドの第 2の実施例）
本発明に係る記録再生ヘッ ドの第 2の実施例について、 図 2を参照して説明す る。 ここで、 図 2 ( a ) は本実施例の平面図であり、 図 2 ( b ) は図 2 ( a ) 中 の A 2— A 2における断面図である。
図 2に示すように記録再生へッ ド 2は、 支持部材 1 1 b と、 支持部材 1 1 bの 先端部に設けられた抵抗体 1 4とからなる探針 1 1 と、 探針 1 1の周囲に設けら れたリターン電極 1 2を備える。
探針 1 1は、 その先端部、 即ち相変化材料 1 6に対向する部位が所定の半径の 略球状である絶縁性部材からなる支持部材 1 1 b と、 支持部材 1 1 bの上に設け られた所定の固有抵抗を有する抵抗体 1 4で構成される。 相変化記録媒体 2 0の 相変化材料 1 6に対向する探針 1 1の先端部は、 その半径が 1 0 n mオーダーの 極めて小さいものである。 また、 探針 1 1 として、 針状のものや、 カンチレパー 状等のものがある。
リターン電極 1 2は、 探針 1 1から相変化記録媒体 2 0に印加した高周波電界 が戻る電極であって、 探針 1 1を取り卷くように設けられている。 尚、 高周波電 界が抵抗なく リターン電極 1 2に戻るものであれば、 その形状や配置は任意に設 定が可能である。
記録再生へッ ド 2による記録は、 探針 1 1の抵抗体 1 4に記録データに対応し た電圧を印加し、 その発生する熱によって相変化材料 1 6の表面を結晶質から非 晶質に変化させることで行われる。 尚、 相変化材料 1 6の記録面全面は初期状態 として結晶質に設定されている。
また、 記録再生へッ ド 2による再生は、 相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6 に交流信号を印加し、 相変化材料 1 6の結晶質と非晶質の状態によって決まる容 量 C sを検出することで行われる。 すなわち、 相変化材料 1 6の結晶質と非晶質 とでは非線形誘電率の違いが大きく、 この非線形誘電率の違いに対応して容量 C sが変化する。 この容量 C sの変化に基づいてデータの再生が行われる。
尚、 抵抗体 1 4に記録データに対応した電圧を印加する手段として、 例えばヒ ータ 3 8があり、印加する交流信号の発生手段として交流信号発生器 3 2があり、 容量 C sを検出するために容量 C s とインダクタ 1 9のインダクタンス Lで決ま る共振周波数で発振する発振器 3 1がある。 発振器 3 1の発振周波数は相変化材 料 1 6の結晶質或いは非晶質の誘電率に対応した容量 C sの変化により F M変調 され、 この発振信号を F M復調することで結晶質と非晶質の別、 即ち記録データ が検出される。 尚発振回路に抵抗体 1 4による抵抗成分が加わり、 発振信号のレ ベルは低下することになる。
上述したように記録再生へッド 2の抵抗体 1 4は、 記録用のヒータ電極と再生 用の電極として用いるため、 記録時と再生時には抵抗体 1 4に印加する信号を切 り替える必要があり、 その切り替えは例えば S W 1、 S W 2で行われる。 即ち、 記録時には S W 1、 S W 2をヒータ 3 8側にし、 一方、 再生時には S W 1を発振 器側にすると共に S W 2を開放することで回路の切り替えが行われる。
次に、 図 3を参照してデータの記録再生について、 説明する。 6045
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まず、 記録に関して説明する。 相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6は、 初め は結晶質で統一されているものとする。 この状態で記録すべき部位に探針 1 1を 位置させて抵抗体 1 4に電圧を印加する。 抵抗体 1 4は印加された電圧によって 発熱し、 その部位の相変化材料 1 6を結晶質から非晶質に変化させる。 抵抗体 1 4に印加する電圧をデータに対応させて変化させることにより、 抵抗体 1 4の発 熱をデータに対応させて変化させることができる。 そして、 記録再生ヘッ ド 2を 相変化記録媒体 2 0に対して相対的に走査させながら、 データに対応する加熱動 作を実行する。 この結果、 相変化材料 1 6の結晶質 '非晶質の状態がデータに対 応して変化し、 相変化材料 1 6には、 データに対応した結晶質と非晶質の並びが 形成される。 このようにしてデータの相変化材料への記録が実現する。 かかる記 録動作は、先端部の半径が 1 0 n mオーダーの探針 1 1を用いて実行されるため、 データの記録密度を大幅に向上させることができる。
次に、 再生は、 相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6に交流信号を印加する。 記録再生電極 1 1 a とリターン電極 1 2の間にィンダクタタンスが Lのィンダク タ 1 9が設けられていて、 このインダクタ 1 9 と、 探針 1 1の直下の結晶質又は 非晶質の誘電率に対応した容量 C s とで共振回路が構成される。 この共振周波数 f = 1 Z 2 π L C sは例えば 1 G Hz 程度になるようにインダクタ 1 9のイン ダクタンス Lが決定される。
この共振周波数に基づく発振信号は結晶質または非晶質の誘電率に対応する容 量 C sにより F M変調される。 この F M変調された信号を F M復調することで結 晶質と非晶質の別が判別され、 データが再生される。 S N D Mを用いれば、 結晶 質と非晶質との別は高い s N比で判別することができるので、 高品質のデータの 再生が実現される。
(記録装置の実施例）
本発明に係る記録装置の実施例について、 図 4を参照して説明する。 図 4に示 すように記録装置 3は、 記録再生電極 1 1 a と、 記録再生電極 1 1 aの先端部に 設けられた絶縁層 1 3と、 絶縁層 1 3の上に設けられた抵抗体 1 4とからなる探 針 1 1 と、 探針 1 1の周囲に設けられたリターン電極 1 2を備える記録再生へッ ド 1 と、 抵抗体 1 4に電圧を印加するヒータ 3 2と、 記録すべきデータを生成す る記録信号発生器 3 9を備えている。 記録信号発生器 3 9により生成されたデー タに対応する信号は、 ヒータ 3 2に入力される。
まず、 相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6の記録面全面は結晶質に初期化さ れている。 この状態の相変化記録媒体 2 0に対して、 記録信号発生器 3 9からの 信号に基づき、 ヒータ 3 2は抵抗体 1 4を加熱し、 抵抗体 1 4が発する熱で相変 化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6を非晶質にする。 探針 1 1は相変化記録媒体 2 0に接触、 若しくは微小の空間を有して対向して走査されていて、 相変化材料 1 6には抵抗体 1 4が発する熱で結晶質の中に非晶質がデータとして形成される。 記録信号発生器 3 9は記録すべきデータを生成するが、 そのデータは所定の記 録フォーマツ トで変換され、また、付随する制御情報やエラー訂正に関する処理、 データ圧縮等の処理がなされたものを含んでいても良い。
尚、記録再生へッ ド 1に替わって記録再生へッ ド 2を用いてもよい。この場合、 S W 1、 S W 2をヒータ 3 8側に接続し、 抵抗体 1 4に記録すべきデータに対応 した電圧を印加して加熱する。
(再生装置の実施例）
本発明に係る再生装置の実施例について、 図 5を参照して説明する。
囪 5に示すように再生装置 4は、 記録再生電極 1 1 a と、 記録再生電極 1 1 aの 先端部に設けられた絶縁層 1 3と、 絶縁層 1 3の上に設けられた抵抗体 1 4とか らなる探針 1 1 と、 探針 1 1の周囲に設けられたリターン電極 1 2を備える記録 再生ヘッ ド 1を備えている。 さらに、 再生装置 4は、 探針 1 1の記録再生電極 1 1 a とリターン電極 1 2の間に設けられるインダクタ 1 9 と、 ィンダクタ 1 9 と 探針 1 1の直下の相変化材料 1 6の結晶質または非晶質の誘電率に応じた容量 C s とで決まる共振周波数で発振する発振器 3 1 と、 相変化材料 1 6に印加する交 流信号を発生する交流信号発生器 3 2と、 結晶質または非晶質の誘電率に応じた 容量 C sで変調される発振信号を復調する F M復調器 3 3と、 復調された信号か らデータを再生する信号検出部 3 4等を備えている。
探針 1 1は相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6に接触、 若しくは微小の空間 を有して対向している。 相変化記録媒体 2 0には、 探針 1 1の先端部の半径に対 応して、 結晶質または非晶質の領域が形成されている。 そして、 結晶質又は非晶 質の領域は、 データに対応している。 再生時には探針 1 1の先端部の相変化材料 1 6の結晶質または非晶質の誘電率に対応した容量 C sがィンダクタ 1 9 との共 振回路に加わることで、 発振周波数が容量 C sに依存することになる。 この容量 C sに基づいて F M変調された発振信号を復調することで図 3に示す検出電圧が 出力され、 記録されているデータが再生される。
交流信号発生器 3 2は、 相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6に印加する交流 信号を発生する。 尚、 この交流信号は F M復調された信号からデータを再生する ときの参照信号としても用いられる。
インダクタ 1 9は、 記録再生電極 1 1 aとリターン電極 1 2との間に設けられ ていて、 例えばマイクロストリ ップラインで形成される。 ィンダクタ 1 9のイン ダクタンス Lと容量 C s とで共振回路が構成される。 この共振周波数 f = 1 / 2 TC L C sは例えば 1 G Hz 程度になるようにィンダクタ 1 9のィンダクタンス Lが決定される。
相変化記録媒体 2 0は、 例えば共晶系の材料である G e I 1 S b T e系の相変 化材料等が用いられる。 また、 相変化記録媒体 2 0の形状として、 例えばデイス ク形態やカード形態等がある。 探針 1 1 との相対的な位置の移動は媒体の回転に よって行われ、 或いは探針 1 1 と媒体のいずれか一方が直線的に移動して行われ る。
発振器 3 1は、 インダクタンス Lと容量 C s とで決定される周波数で発振する 発振器である。その発振周波数は容量 C sの変化に対応して変化するものであり、 従って記録されているデータに対応した結晶質または非晶質の誘電率によって決 定される容量 C sの変化に対応して F M変調が行われる。 この F M変調を復調す ることで記録されているデータを読み取ることができる。
F M復調器 3 3は、 容量 C sによって変調された発振器 3 1の発振周波数を復 調し、 探針 1 1がトレースした部位の結晶質または非晶質に対応して記録されて いるデータの波形を復元する。 これは、 記録されているデータに対応して変調さ れている周波数を F M復調することによって行われる。
信号検出部 3 4は、 F M復調器 3 3で復調された信号と印加した交流信号発生 器 3 2からの交流信号に基づき記録されたデータを再生する。 信号の再生には同 期検波による方法や位相検波による方法等を用いることが可能である。 同期検波 の手段として例えば口ックインアンプを用いることができる。
以上説明したように、 本実施例の再生装置 4によれば、 相変化記録媒体 2 0の 相変化材料 1 6に形成されたデータに対応した結晶質または非晶質の別を検出す ることが可能となり、 S N比の良いデータの再生が行われる。
尚、記録再生へッ ド 1に替わって記録再生へッ ド 2を用いてもよい。この場合、 S W 1は発振器 3 1側に接続し、 S W 2は開放する。
(記録再生装置の第 1の実施例）
本発明に係る記録再生装置の第 1の実施例について、図 6を参照して説明する。 尚、 記録再生装置 5の各構成要素の動作、 作用の詳細は記録装置 3及び再生装置 4で説明したことと同様であり、 適宜参照することとする。
図 6に示すように記録再生装置 5は、 記録再生電極 1 1 a と、 記録再生電極 1 1 aの先端部に設けられた絶縁層 1 3と、 絶縁層 1 3の上に設けられた抵抗体 1 4とからなる探針 1 1 と、 探針 1 1の周囲に設けられたリターン電極 1 2を備え る記録再生ヘッ ド 1を備えている。 さらに、 記録再生装置 5は、 記録系として抵 抗体 1 4に電圧を印加し過熱させるヒータ 3 8 と、 ヒータ 3 8に入力する信号を 発生する記録信号発生器 3 9を備えている。 さらに、 記録再生装置 5は、 再生系 として探針 1 1の記録再生電極 1 1 a とリターン電極 1 2の間に設けられるイン ダクタ 1 9 と、 インダクタ 1 9 と探針 1 1の直下の相変化材料 1 6の結晶質また は非晶質の誘電率に応じた容量 C s とで決まる共振周波数で発振する発振器 3 1 と、 相変化材料 1 6に印加する交流信号を発生する交流信号発生器 3 2と、 結晶 質または非晶質の誘電率に応じた容量 C sで変調される発振信号を復調する F M 復調器 3 3と、 復調された信号からデータを再生する信号検出部 3 4等を備えて いる。
記録動作は、 記録信号発生器 3 9により記録すべきデータに対応した信号が生 成され、 ヒータ 3 8に入力される。 ヒータ 3 8から探針 1 1の抵抗体 1 4に電圧 が印加され、 抵抗体 1 4は加熱されて発熱する。 この熱によって相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6は結晶質から非晶質に変化し、 データが記録される。 再生動作は、 相変化材料 1 6の結晶質または非晶質に対応して記録されている データを、 結晶質または非晶質の別を判別して行う。 相変化記録媒体 2 0の相変 化材料 1 6に、 交流信号発生器 3 2による交流信号が印加される。 インダクタ 1 9のィンダクタンス Lと結晶質または非晶質の誘電率に対応した容量 C s とで共 振回路が構成され、 発振器 3 1はこの共振回路の周波数で発振する。 発振信号は 容量 C sによって F M変調されたものであり、 F M復調器 3 3で復調される。 復 調された信号は信号検出部 3 4で交流信号発生器 3 2からの交流信号に基づき記 録されたデータを再生する。
以上説明したように本実施例の記録再生装置 6は、 用いる記録再生へッ ド 1の 構造から、 記録系と再生系を個別の機能として備えるものであり、 記録動作を行 いながら再生動作を行うこと、 即ち記録を行いながら記録したデータの記録状態 を確認することが可能となる。
(記録再生装置の第 2の実施例）
本発明に係る記録再生装置の第 2の実施例について、図 7を参照して説明する。 尚、 記録再生装置 6の各構成要素の動作、 作用の詳細は記録装置 3及び再生装置 4で説明したことと同様であり、 適宜参照することとする。
図 7に示すように記録再生装置 6は、 支持部材 l i b と、 支持部材 l i bの先 端部に設けられた抵抗体 1 4とからなる探針 1 1 と、 探針 1 1の周囲に設けられ たリターン電極 1 2を備える記録再生へッド 2を備えている。 さらに、 記録再生 装置 6は、 記録系として抵抗体 1 4に電圧を印加し過熱させるヒータ 3 8 と、 ヒ ータ 3 8に入力する信号を発生する記録信号発生器 3 9を備えている。 さらに、 記録再生装置 6は、 再生系として探針 1 1の抵抗体 1 4とリターン電極 1 2の間 に設けられるインダクタ 1 9と、 インダクタ 1 9と探針 1 1の直下の相変化材料 1 6の結晶質または非晶質の誘電率に応じた容量 C s とで決まる共振周波数で発 振する発振器 3 1 と、 相変化材料 1 6に印加する交流信号を発生する交流信号発 生器 3 2と、 結晶質または非晶質の誘電率に応じた容量 C sで変調される発振信 号を復調する F M復調器 3 3と、 復調された信号からデータを再生する信号検出 部 3 4等を備えている。
記録動作は、 S W 1、 S W 2を夫々ヒータ 3 8側に接続し、 記録信号発生器 3 9により生成された記録すべきデータに対応した信号がヒータ 3 8に入力される。 ヒータ 3 8から探針 1 1の抵抗体 1 4に電圧が印加され、 抵抗体 1 4は加熱され て発熱する。 この熱によって相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6は結晶質から 非晶質に変化し、 データが記録される。
再生動作は、 S W 1を発振器 3 1側に接続し、 S W 2を開放して抵抗体 1 4が インダクタ 1 9及ぴ発振器 3 1 と接続されるようにする。 従って、 相変化記録媒 体 2 0の相変化材料 1 6に、 交流信号発生器 3 2により生成される交流信号が印 カロされる。
記録されているデータの再生は相変化材料 1 6の結晶質または非晶質の別を判 別して行う。 相変化記録媒体 2 0の相変化材料 1 6に、 交流信号発生器 3 2によ る交流信号が印加される。 インダクタ 1 9のインダクタンス Lと結晶質または非 晶質の誘電率に対応した容量 C s とで共振回路が構成され、 発振器 3 1はこの共 振回路の周波数で発振する。 発振信号は容量 C sによって F M変調されたもので あり、 F M復調器 3 3で復調される。 復調された信号は信号検出部 3 4で交流信 号発生器 3 2からの交流信号に基づき記録されたデータを再生する。
本発明は、 上述した実施例に限られるものではなく、 請求の範囲及び明細書全 体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、 そのような変更を伴う記録再生ヘッド、 記録装置、 再生装置及び記録再生装置も また本発明の技術思想に含まれるものである。 産業上の利用可能性
本発明に係る記録再生ヘッ ド、 記録装置、 再生装置及び記録再生装置は、 高密 度 ·大容量記録を実現可能な技術として、 走査型非線形誘電率顕微鏡法 （S N D M) 等を適用して相変化記録媒体にデータを記録 ·再生する記録再生へッ ド、 並 びにこの記録再生へッ ドを適用した記録装置、 再生装置及び記録再生装置に利用 可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 相変化記録媒体にデータを記録し、 又は前記相変化記録媒体に記録されたデ ータを再生する記録再生へッ ドであって、
(i)導電性部材からなり、 その先端部に所定の半径の略球状突起先端部を有し、 前記データを検出する再生電極と、 （ii)前記再生電極の先端部を覆う絶縁膜と、 (iii)前記絶縁膜の上に設けられ、 前記データを記録する際に発熱する抵抗体と からなる探針と、
前記探針の周囲に設けられ、 当該探針に印加される電界の高周波成分が戻るた めのリターン電極と
を備えることを特徴とする記録再生へッ ド。
2 . 相変化記録媒体にデータを記録し、 又は前記相変化記録媒体に記録されたデ ータを再生する記録再生へッ ドであって、
(i)絶縁性部材からなり、 その先端部に所定の半径の略球状突起先端部を有する 支持部材と、 （ii)前記支持部材の先端部に設けられ、 前記データを記録する際に発 熱する抵抗体とからなる探針と、
前記探針の周囲に設けられた、 当該探針に印加される電界の高周波成分が戻る ためのリターン電極と
を備えることを特徴とする記録再生ヘッド。
3 . 前記抵抗体が発生する熱量は、 前記相変化記録媒体の相変化材料を結晶質か ら非晶質に変化させる熱量であること
を特徴とする請求の範囲第 1項に記載の記録再生へッ ド。
4 . 前記抵抗体が発生する熱量は、 前記相変化記録媒体の相変化材料を結晶質か ら非晶質に変化させる熱量であること
を特徴とする請求の範囲第 2項に記載の記録再生へッ ド。
5 . 当該記録再生ヘッ ドは非線形誘電率顕微鏡法に基づき、 相変化記録媒体にデ ータを記録し、 又は再生するヘッ ドであること
を特徴とする請求の範囲第 1項に記載の記録再生へッ ド。
6 . 当該記録再生ヘッ ドは非線形誘電率顕微鏡法に基づき、 相変化記録媒体にデ ータを記録し、 又は再生するヘッ ドであること
を特徴とする請求の範囲第 2項に記載の記録再生へッ ド。
7 . 相変化記録媒体の相変化材料にデータを記録する記録装置であって、 請求の範囲第 1項に記載の記録再生ヘッドと、
前記記録再生へッ ドの抵抗体に通電し、 前記データに対応して発熱させる加熱 手段と、
前記加熱手段に入力する前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生 成手段と
を備えることを特徴とする記録装置。
8 . 相変化記録媒体の相変化材料にデータを記録する記録装置であって、 請求の範囲第 2項に記載の記録再生へッドと、
前記記録再生へッ ドの抵抗体に通電し、 前記データに対応して発熱させる加熱 手段と、
前記加熱手段に入力する前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生 成手段と
を備えることを特徴とする記録装置。
9 . 相変化記録媒体の相変化材料に記録されたデータを再生する再生装置であつ て、
請求の範囲第 1項に記載の記録再生へッ ドと、
前記相変化記録媒体に電界を印加する電界印加手段と、
前記相変化記録媒体の相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率の違いに応じて 発振周波数が変化する発振手段と、
前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、
前記復調手段により復調された信号からデータを再生するデータ再生手段と を備えることを特徴とする再生装置。
1 0 . 相変化記録媒体の相変化材料に記録されたデータを再生する再生装置であ つて、
請求の範囲第 2項に記載の記録再生へッ ドと、
前記相変化記録媒体に電界を印加する電界印加手段と
前記相変化記録媒体の相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率の違いに応じて 発振周波数が変化する発振手段と、
前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、
前記復調手段により復調された信号からデータを再生するデータ再生手段と を備えることを特徴とする再生装置。
1 1 . 前記データ再生手段は同期検波により前記データを再生すること
を特徴とする請求の範囲第 9項に記載の再生装置。
1 2 . 前記データ再生手段は同期検波により前記データを再生すること
を特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の再生装置。
1 3 . 前記データ再生手段は位相検波により前記データを再生すること
を特徴とする請求の範囲第 9項に記載の再生装置。
1 4 . 前記データ再生手段は位相検波により前記データを再生すること
を特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の再生装置。
1 5 . 相変化記録媒体の相変化材料にデータを記録し又は再生するための、 請求 の範囲第 1項に記載の記録再生へッ ドを用いた記録再生装置であって、 (i) 記録装置として、
前記探針の抵抗体に通電し、 前記データに対応して発熱させる加熱手段と、 前記加熱手段に入力する前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生 成手段とを備え、
(ii) 再生装置として、
前記相変化記録媒体に電界を印加する電界印加手段と
前記相変化記録媒体の相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率の違いに応じて 発振周波数が変化する発振手段と、
前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、
前記復調手段により復調された信号からデータを再生するデータ再生手段と を備えることを特徴とする記録再生装置。
1 6 . 相変化記録媒体の相変化材料にデータを記録し又は再生するための、 請求 の範囲第 2項に記載の記録再生へッ ドを用いた記録再生装置であって、
(i) 記録装置として、
前記探針の抵抗体に通電し、 前記データに対応して発熱させる加熱手段と、 前記加熱手段に入力する前記データに対応した記録信号を生成する記録信号生 成手段とを備え、
(ii) 再生装置として、
前記相変化記録媒体に電界を印加する電界印加手段と
前記相変化記録媒体の相変化材料の結晶質又は非晶質の誘電率の違いに応じて 発振周波数が変化する発振手段と、
前記発振手段による発振信号を復調する復調手段と、
前記復調手段により復調された信号からデータを再生するデータ再生手段と を備え、 且つ、
記録時において、 前記抵抗体に前記記録信号生成手段による記録信号を印加さ せ、 一方、 再生時において、 前記相変化記録媒体に前記電界印加手段による電界 を印加させる切り替え手段を備えること
を特徴とする記録再生装置。
7 . 前記データ再生手段は同期検波により前記データを再生すること を特徴とする請求の範囲第 1 5項に記載の記録再生装置。 8 . 前記データ再生手段は同期検波により前記データを再生すること を特徴とする請求の範囲第 1 6項に記載の記録再生装置。 9 . 前記データ再生手段は位相検波により前記データを再生すること を特徴とする請求の範囲第 1 5項に記載の記録再生装置。 0 . 前記データ再生手段は位相検波により前記データを再生すること を特徴とする請求の範囲第 1 6項に記載の記録再生装置。
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