JP2003263804A - 誘電体記録媒体とその製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度記録に適した極めて薄く、且つ分極方
向が記録面に対して一様に垂直方向である誘電体材料か
らなり、且つトレースが容易な誘電体記録媒体とその誘
電体記録媒体の製造方法及びその製造装置を提供する。 【解決手段】 誘電体記録媒体１は誘電体材料１１、導
電体１２、基板１３の３層からなり、誘電体材料１１の
記録面に溝部１５を有する。溝部１５は一本、或いは符
号１５ａ〜１５ｃで示すように複数本が備わる。探針２
６に電圧が印加されると導電体１２と探針２６との間で
生じる電界に応じて探針２６直下の誘電体材料１１が分
極して記録が行われる。また、溝部１５は、探針２６が
この溝にそって走査するためトラッキングを容易にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体材料に情報
を記録し再生する誘電体記録媒体とその誘電体記録媒体
の製造方法及びその製造装置の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】近年、多くの種類の誘電体材料や圧電材
料が開発され、超音波素子や光素子及びメモリ等に多く
用いられている。それに伴い、誘電体材料の残留分極分
布や圧電材料の局所異方性の計測が行える方法の開発と
共に、その技術を適用して誘電体材料に情報を記録し、
再生する技術の開発が進められているところである。

【０００３】さて、情報の記録再生の記憶素子として用
いられる誘電体薄膜の製造方法としては、ＭＯＣＶＤ
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）
法、スパッタ法、レーザーアブレーション法等の真空成
膜装置を用いる方法や、液相エピタキシャル法のような
融液強誘電体結晶性長法、ゾルゲル法、ディピング法の
ようにＭＯ（Metal Oxide）金属材料を塗布、焼結する
等の方法が知られている。これらの方法で作成された誘
電体薄膜は記憶素子の微小キャパシタや強誘電体メモリ
の不揮発性記憶素子として用いられている。

【０００４】一方、誘電体薄膜を記録媒体とした超高密
度の記録再生システムが本願発明者等によって提案され
ている。この装置は先端が微小な球状である探針に電圧
を印加して分極領域を形成し情報を記録する。情報再生
にはＳＮＤＭ（Scanning Nonlinear Dielectric Mic
roscopy：非線形誘電率顕微鏡）の機能を用いること
で、ｎｍオーダーの領域の記録再生が可能となるもので
ある。このようなシステムに用いられる記録媒体として
の強誘電体は、適度な誘電率と抗電界を有し、更にｎｍ
オーダーの領域で分極方向が記録面に対して一様に垂直
方向であると共に１０００Å以下と極めて薄いことが必
要となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
誘電体薄膜の製造方法では、上述したＳＮＤＭ法を用い
る記録媒体の条件に合致した誘電体薄膜を作成すること
は困難であった。

【０００６】例えば、ＭＯ原料を塗布し、焼成するゾル
ゲル法においては真空装置が不要等、安価に誘電体薄膜
を得ることができるが、高記録密度記録媒体として必要
な分極方向の制御が難しく、且つ、１０００Å以下の薄
膜を均一に形成することは困難である。これはスピンコ
ート直後には均一な膜であってもその後の焼成処理によ
る有機成分の分解、除去の際に薄膜がポーラスになりや
すく、ｎｍオーダーでの均一な強誘電体結晶成長核の生
成が制御できないためである。また、従来のゾルゲル法
による結晶薄膜の成長は一般的に基板結晶に対するエピ
タキシャル成長であり、強誘電体結晶の方位、つまり分
極方向の制御はなされない。

【０００７】従って本発明は前記問題点に鑑みなされた
ものであり、高密度記録に適した極めて薄く、且つ分極
方向が記録面に対して一様に垂直方向である誘電体材料
からなり、探針のトレースを容易にする誘電体記録媒体
と、その誘電体記録媒体の製造方法及びその製造装置を
提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の誘電体記録媒体
は上記課題を解決するために、探針を用いて情報を記録
し再生する誘電体記録媒体であって、前記探針により情
報を記録する誘電体材料と、前記誘電体材料を保持する
基板と、前記基板上に設けられた導電体との３層からな
り、且つ、前記誘電体材料の記録面に溝部を備える構成
である。

【０００９】本発明の誘電体記録媒体によれば、誘電体
材料による記録層と、導電体層と、基板の３層からな
り、誘電体材料による記録層には探針がトレースする溝
部が設けられている。この溝部を設けることにより探針
が記録再生する際の記録層でのトレース、トラッキング
を容易に行うことが可能となる。

【００１０】本発明の誘電体記録媒体の一態様では、少
なくとも、前記溝部の直下の前記誘電体材料は強誘電体
であり、且つその結晶配向方向は記録面に対して垂直方
向の構成である。

【００１１】この態様によれば、少なくとも探針がトレ
ースする溝部の誘電体材料は強誘電体材料を用いる。分
極領域が記録の有無で明確になり、探針による記録領域
のトラッキングが容易になるとともに、記録再生が良好
に行われる。また、溝部に限らず全面が強誘電体材料で
形成されていてもよい。強誘電体材料としては例えばＰ
ＺＴやＬｉＴａＯ_３が好適に用いられる。

【００１２】本発明の誘電体記録媒体の他の態様では、
前記溝部の直下の強誘電体の結晶配向方向は記録面に対
して垂直方向である構成である。

【００１３】この態様によれば、強誘電体の結晶配向方
向は記録面に対して垂直方向に統一されているため、記
録情報に対応する分極領域の方向も整い、高品位の記録
が可能となる。

【００１４】本発明の誘電体記録媒体の他の態様では、
前記溝部は複数本設けられている構成である。

【００１５】この態様によれば、記録媒体の記録面には
複数の溝部が設けられているので極めて多くの情報を記
録することが可能になり、また、同時に複数の溝部に対
して記録再生を行うことが可能となる。

【００１６】本発明の誘電体記録媒体の他の態様では前
記溝部は同心円状に設けられている構成である。

【００１７】この態様によれば、複数の記録トラックが
同心円状に独立して存在するので同時に複数のデータを
記録し、再生することが可能となり、記録再生の速度が
向上すると共にデータの管理が容易になる。また、欠陥
のあるトラックがあったとしてもそのトラックを用い
ず、他のトラックを代用することが可能であり、その誘
電体記録媒体全体を破棄することなく利用可能となる。
更に、記録媒体を回転させる機構により記録再生が行え
るので、記録再生装置の構成が簡易になる。

【００１８】本発明の誘電体記録媒体の他の態様では、
前記溝部は螺旋状に設けられている構成である。

【００１９】この態様によれば、記録トラックが螺旋状
に設けられているため、長時間の連続した情報の記録に
好適である。また、螺旋状のトラックが複数本、独立し
て設ける構成を取ることも可能である。更に、記録媒体
を回転させる機構により記録再生が行えるので、記録再
生装置の構成が簡易になる。

【００２０】本発明の誘電体記録媒体の他の態様では前
記基板はシリコン基板である。

【００２１】この態様によれば、基板として化学的に安
定で熱的にも形状変化の少ないシリコン基板を用いるこ
とで記録面の平面性の維持と機械的破壊からの保護に効
果が大きい。

【００２２】本発明の誘電体記録媒体の製造方法は上記
課題を解決するために、探針を用いて情報を記録し再生
する誘電体記録媒体の製造方法であって、導電体がその
一方の面に設けられた基板上に、溶媒により溶解された
誘電体形成材料を塗布する塗布工程と、前記塗布工程の
後、前記溶媒を発散する溶媒発散工程と、前記溶媒発散
工程の後、前記基板上に積層された前記誘電体形成材料
に前記探針を押圧する押圧工程と、前記押圧工程の後、
前記探針と前記導電体間に前記誘電体形成材料を挟んで
電圧を印加する電圧印加工程と、前記電圧印加工程によ
り電圧を印加した状態で前記探針を走査する走査工程と
を備える。

【００２３】本発明の誘電体記録媒体の製造方法によれ
ば、基板と導電体と誘電体材料の３層からなる記録媒体
で記録面となる誘電体材料の表面に溝部を形成し、その
溝部直下の誘電体材料は強誘電体の結晶とすることがで
きる。この溝部に沿って探針を移動させることで情報の
記録再生のためのトレースが容易に行うことが可能とな
る。また、溝部は結晶の分極軸方向が記録面に対して垂
直方向に統一された強誘電体の結晶であるため、情報の
記録に対応する分極領域の分極方向も統一され、高品位
の記録再生が行われる。

【００２４】塗布工程とは、アルコールやエステル等の
溶媒で溶解されたゾル状の誘電体形成材料、即ちＭＯ
（Metal Organic）原料を導電体が設けられた基板上に
塗布する工程であり、スピンコート法等が用いられる。
溶媒発散工程とは、塗布されたゾル状態の誘電体形成材
料から溶媒を発散させ、ゲル状態を経て固化状態にす
る。固化の程度は探針が押し当てられたときに、その部
位が凹状態となる程度とする。つまり、この工程ではま
だＭＯ原料の有機成分は完全には分解していない。押圧
工程とは、固化状態になった誘電体形成材料に探針を押
圧し、誘電体形成材料の表面に凹状態を形成する。な
お、押圧工程による凹状態形成は、次の電圧印加工程で
行うこともできる。電圧印加工程とは、誘電体形成材料
の表面に凹状態を形成した状態で、誘電体形成材料を挟
んで探針と導電体との間に電圧を印加する。電圧を印加
することで流れる微弱な電流により、探針直下の誘電体
形成材料は探針側から強誘電体の結晶核として成長す
る。なお、前工程である押圧工程を省略した場合でも、
電圧印加工程において探針を前記誘電体形成材料表面に
接触させ、微弱電流により前記誘電体形成材料を部分的
に熱分解することで、凹状態を電圧印加と同時に形成可
能である。走査工程とは、電圧を印加した状態で探針を
移動させ、連続的に強誘電体の結晶を形成すると共に溝
部を形成し固定化する。

【００２５】本発明の誘電体記録媒体の製造方法の一態
様では、前記走査工程の後、更に前記誘電体形成材料を
焼成しつつ平行電界を印加する電界印加工程を備える。

【００２６】この態様によれば、溝部が形成された誘電
体記録媒体を、焼成しながら媒体に対して垂直方向に平
行電界を印加することで、溝部に形成された結晶を種と
して媒体全面が結晶化され、その結晶方位は記録面に垂
直方向の整った結晶とすることが可能となる。

【００２７】本発明の誘電体記録媒体の製造方法の他の
態様では、前記塗布工程はスピンコート法を用いる。

【００２８】この態様によれば、ゾル状態の誘電体形成
材料を所定の厚さで均一に基板に塗布することが可能と
なる。膜厚は粘度とスピンナーの回転速度等を制御する
ことでコントロールする。

【００２９】本発明の誘電体記録媒体の製造方法の他の
態様では、前記誘電体形成材料の前記基板上への塗着
は、溶媒により溶解された前記誘電体形成材料のゾル状
材料を基板に塗布し、その後、前記溶媒を発散させてゲ
ル状態にするゾルゲル法を用いる。

【００３０】この態様によれば、比較的容易に誘電体記
録薄膜、例えば厚さが１０００Åの薄膜を形成すること
ができる。

【００３１】本発明の誘電体記録媒体の製造装置は上記
課題を解決するために、探針を用いて情報を記録し再生
する誘電体記録媒体の製造装置であって、導電体がその
一方の面に設けられた基板上に、溶媒により溶解された
誘電体形成材料を塗布する塗布手段と、前記塗布手段に
よる誘電体形成材料の塗布後、前記溶媒を発散する溶媒
発散手段と、前記溶媒発散手段による溶媒の発散後、前
記基板上に積層された前記誘電体形成材料に前記探針を
押圧する押圧手段と、前記押圧手段により前記探針が前
記誘電体形成材料に押圧された後、前記探針と前記導電
体間に前記誘電体形成材料を挟んで電圧を印加する電圧
印加手段と、前記電圧印加手段により電圧が印加された
状態で前記探針を走査する走査手段とを備える。

【００３２】本発明の誘電体記録媒体の製造装置によれ
ば、基板と導電体と誘電体材料の３層からなる記録媒体
で記録面となる誘電体材料の表面に溝部と、その溝部直
下には、その結晶の分極軸方向が記録面に垂直方向の整
った強誘電体の結晶を備えた誘電体記録媒体を製造する
ことが可能となる。

【００３３】本発明の誘電体記録媒体の製造装置の一態
様では、前記走査手段による前記探針の走査後、更に前
記誘電体形成材料を焼成しつつ平行電界を印加する電界
印加手段を備える。

【００３４】この態様によれば、溝部が形成された誘電
体記録媒体を、焼成しながら平行電界を印加すること
で、溝部に形成された結晶を種として媒体全面が結晶化
され、その結晶の分極軸方位は記録面に垂直方向の整っ
た結晶を有する誘電体記録媒体を製造することが可能と
なる。

【００３５】本発明のこのような作用、及び他の利得は
次に説明する実施の形態から明らかにされる。

【００３６】

【発明の実施の形態】（誘電体記録媒体の実施形態）本
発明の誘電体記録媒体の実施形態について図１及び図２
を参照して説明する。尚、図１は本発明の誘電体記録媒
体の溝部の構成を示す図であって、同図（ａ）はその平
面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａにおける
断面側面図である。また、図２は本発明の誘電体記録媒
体の形態の例を示す図であって、同図（ａ）はテープ形
態、或いはカード形態で直線状の複数の溝部を有する媒
体であり、同図（ｂ）はディスク形態で同心円状の複数
の溝部を有する媒体であり、同図（ｃ）はディスク形態
で螺旋状の溝部を有する媒体である。

【００３７】誘電体記録媒体１は、図１に示すように、
誘電体材料１１、導電体１２、基板１３の３層からな
り、誘電体材料１１の記録面に溝部１５を有する。溝部
１５は一本、或いは符号１５ａ〜１５ｃで示すように複
数本が備わる。また、溝部１５の誘電体材料１１は強誘
電体の結晶１４となっている。

【００３８】誘電体材料１１としては、例えばＬｉＴａ
Ｏ、ＰｂＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ₃の固溶体であるＰＺＴ材
料、ＰｂＴｉＯ₃で表されるチタン酸鉛、ＰｂＺｒＯ₃で
表されるジルコン酸鉛、ＢａＴｉＯ₃で表されるチタン
酸バリウム、ＬｉＮｂＯ₃で表されるニオブ酸リチウ
ム、鉛（Ｐｂ），ランタン（Ｌａ），ジルコニウム（Ｚ
ｒ），チタン（Ｔｉ）系の固溶体であるＰＬＺＴ材料、
ビスマス（Ｂｉ），ナトリウム（Ｎａ），鉛（Ｐｂ），
バリウム（Ｂａ）系の固溶体であるＢＮＰＢ材料等があ
る。

【００３９】導電体１２は、例えば白金やアルミニウム
等の金属を真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の手法
により付けられ、記録再生装置のグランドに接続され
る。記録再生用の探針２６に電圧が印加されると導電体
１２と探針２６との間で生じる電界に応じて探針２６直
下の強誘電体の結晶１４の分極方向が電界の方向に揃う
ことによって記録が行われる。

【００４０】基板１３は薄い誘電体材料１１、導電体１
２を保持し平面性を維持するためのものであり、例えば
所定厚さのシリコン等を用いる。

【００４１】溝部１５は、探針２６がこの溝にそって走
査するためのものであって、探針２６のトラッキングを
容易にする。尚、溝部１５の幅は探針２６の先端径と略
同一で、ｎｍオーダーである。従って、極めて高密度の
記録が可能である。

【００４２】更に、このような構成を有する誘電体記録
媒体１を取り扱いの利便性と、強度を確保するためにプ
ラスチック或いはセラミック等の材料で記録再生面を除
いて周囲を覆いパッケージングしてもよい。

【００４３】上述した構成の誘電体記録媒体１の記録媒
体としての作用は、誘電体材料１１の溝部１５に当接し
た探針２６に電圧が印加され、導電体１２との間に電界
が発生して、探針が当接した部位の強誘電体の結晶１４
の分極方向が印加電界の方向に揃えられる。この分極を
誘電体材料１１の裏面まで到達させることで安定した分
極領域が形成され、情報が記録される。一方、再生にお
いては探針２６を溝部１５に当接してトレースすること
により、本発明の発明者が考案したＳＮＤＭ法（非線形
誘電率顕微鏡法）による、残留分極の方位に対応した微
小な容量変化の検出などの手段によって記録情報を再生
することになる。記録再生時には探針２６は溝部１５に
沿って移動するのでトレースが正確で容易に行われる。

【００４４】次に誘電体記録媒体の形状についての一例
について説明する。図２（ａ）はテープ状、或いはカー
ド状の誘電体記録媒体１であって、直線状の溝部１５が
複数本設けられているものである。従来のテープ状、或
いはカード状の記録媒体と同様の用途で利用可能である
が、同時に所定本数の溝部１５を用いて多量の情報の記
録再生ができ、記録再生速度が向上する。また、それぞ
れの溝部１５を個別に管理することでデータの管理、取
り扱いが容易になる。ここで、溝部１５は個別の微小ド
ット凹形状の集合体であっても良い。

【００４５】また、図２（ｂ）はディスク状の誘電体記
録媒体２であって、同心円状の溝部１５が複数本設けら
れているものである。従来のディスク状の記録媒体と同
様の用途で利用可能であるが、これも誘電体記録媒体１
と同様に、同時に所定本数の溝部１５を用いて多量の情
報の記録再生ができる。また、それぞれの溝部１５を個
別に管理することでデータの管理、取り扱いが容易にな
る。

【００４６】更に、図２（ｃ）はディスク状の誘電体記
録媒体３であって、螺旋状の溝部１５が設けられている
ものである。従来のＣＤディスク等と同様の用途で利用
可能であり、長時間の連続した情報の記録再生に適す
る。

【００４７】（誘電体記録媒体の製造方法に係わる実施
形態）本発明の誘電体記録媒体の製造方法について図３
〜図５を参照して説明する。尚、図３は本発明の誘電体
記録媒体の製造方法を示す製造工程のブロック図であ
り、図４は本発明の製造方法に係わる製造工程を示す図
であり、図５は図４に続く製造工程を示す図である。

【００４８】まず、誘電体材料塗布工程（ステップ１０
１）において、基板１３に塗布材料１６を塗布する。シ
リコン等からなる基板１３上には前述した方法等により
導電体１２が設けられていて、その上部に塗布材料１６
が塗布される。塗布材料１６は誘電体材料となるＭＯ
（Metal Organic）原料をアルコール等の溶媒に溶解さ
せたゾル状態になったものであり、スピンナー等で、所
定の均一の厚み、例えば１０００Å程度の厚さとなるよ
うに塗布する。

【００４９】次に、溶媒発散工程（ステップ１０２）に
おいて、塗布材料１６の溶媒を熱処理装置等で発散さ
せ、ゾル状態からゲル状態を経てＭＯ原料を固化状態に
する。熱処理の条件としては例えば１５０℃で３分間加
熱する。この時点でのＭＯ原料の薄膜は乾燥したＭＯ分
子の薄膜であり、未だ強誘電性を示すものではない。

【００５０】次に、探針押圧工程（ステップ１０３）に
おいて、導電性の探針２６をＭＯ原料の薄膜に押し当
て、所定の深さまで探針２６が埋まるようにする。探針
２６の先端部は径がｎｍオーダーの微小な半球であり、
例えばその半球部分が埋没する程度に押し当てるものと
する。

【００５１】次に、電圧印加工程（ステップ１０４）に
おいて、探針２６と導電体１２の間に所定の電圧を印加
し、ＭＯ原料の薄膜に電界を加える。印加電圧は例えば
ＭＯ原料の膜厚が１０００Å程度であれば１０V程度、
また、５００Å程度であれば５V程度が好適である。
尚、印加する電圧は直流であっても交流であっても良
い。

【００５２】電圧の印加によってＭＯ原料の薄膜には微
弱な電流が流れ、発熱により探針２６の直下の、探針２
６の先端径と同程度のｎｍオーダーの微小領域に、強誘
電体の結晶１４が薄膜の表面方向から結晶化が進行し形
成される。これは微弱な電流であっても薄膜の抵抗によ
る発熱のエネルギーは微小領域のＭＯ原料を分解し結晶
化させることを可能としている。なお、探針押圧工程
（ステップ１０３）は、これを省略して電圧印加工程
（ステップ１０４）で同時に行うことも可能である。こ
の場合には、探針を前記誘電体形成材料表面に接触さ
せ、微弱電流により前記誘電体形成材料を部分的に熱分
解することで、凹状態を電圧印加と同時に形成可能であ
る。

【００５３】更にこの工程では電界が探針２６から導電
体１２に向かって垂直に加えられることになり、結晶の
分極方位を薄膜表面に対して垂直方向に揃えることが可
能となり、結晶成長と同時にポーリング処理も行える利
点がある。

【００５４】次に、探針走査工程（ステップ１０５）に
おいて、電圧印加工程の状態で探針２６を移動させ、溝
部１５を形成していく。この工程により溝部１５が形成
されると共に溝部１５に強誘電体の結晶１４が形成さ
れ、溝部１５も固定化される。この強誘電体の結晶１４
が情報を記録し、再生する部位となる。探針２６の走査
は探針２６を移動させても、また、媒体を移動させても
良い。また、複数の溝部１５を形成する際は複数の探針
２６を同時に用いて行っても良い。更に、ディスク状の
媒体に螺旋状の溝部１５を形成する場合は、例えば探針
２６を押し当ててディスク状の媒体を回転させ、同時に
探針２６をディスク半径方向に移動させることによって
形成することができる。

【００５５】以上、説明した工程で溝部１５を有し、そ
の溝部１５に強誘電体結晶１４を有する誘電体記録媒体
を作成することが可能であるが、更に焼成／平行電界印
加工程（ステップ１０６）を経ることで溝部１５の強誘
電体の結晶１４を完全なものとし、更にはＭＯ原料の薄
膜全体を結晶化することが可能となる。

【００５６】焼成／平行電界印加工程（ステップ１０
６）では、探針走査工程（ステップ１０５）までで得ら
れた誘電体記録媒体を、焼成装置中でＭＯ原料の分解温
度以上の温度で焼成処理を行う。焼成装置には誘電体記
録媒体全体を覆う大きさの平行電極間が設けられてい
て、平行電界を印加しながら行う。これにより探針走査
工程までで得られた結晶１４を種として薄膜全体を結晶
化でき、印加される電界によって結晶方向が薄膜表面に
垂直方向に配向した強誘電体の結晶１４が得られること
になる。

【００５７】次に、上述した各工程の具体的な構成につ
いて説明する。まず、図４（ａ）はアルコール等の溶媒
でゾル状態にしたＭＯ原料、即ち誘電体材料を含む塗布
材料１６を基板１３上に塗布する工程であり、図３の誘
電体材料塗布工程に該当する。導電体１２が設けられた
基板１３はスピンナー２０のスピナヘッド２１に載置さ
れる。その中央部のノズル２２から塗布材料１６が滴下
され、スピンナー２０の回転により、塗布材料１６は薄
く均一の厚さで基板１３の全面に塗布される。膜厚は塗
布材料１６の粘度、滴下量、スピンナー２０の回転速度
等を制御して、例えば１０００Åの膜厚が得られるよう
にする。誘電体材料塗布工程においては、基板が載置さ
れるスピンナー内部を乾燥した窒素などの不活性ガスで
満たすことにより、材料が変質することなく塗布するこ
とができる。

【００５８】図４（ｂ）は塗布材料１６から溶媒を発散
し、ゾル状態からゲル状態を経て固化した状態にする工
程であり、図３の溶媒発散工程に該当する。塗布材料１
６を塗布した基板１３は加熱装置２４に置かれ、塗布材
料１６から溶媒を発散し、塗布材料１６を固化状態にす
る。固化の状態は加熱温度、加熱時間等で制御する。
尚、固化した状態以後、塗布材料１６を誘電体材料１１
と称することとする。

【００５９】次に、図５（ｃ）は溝１５を形成する工程
を示す。基板１３上の誘電体材料１１に探針２６を、そ
の先端部が所定の深さまで入り込むように押し当てられ
る。この状態で探針２６は紙面の垂直方向に走査される
と同時に、探針２６と導電体１２の間に電圧が印加され
る。図３の探針押圧工程、電圧印加工程、探針走査工程
が一括されたものに該当する。探針２６が押し当てられ
た部位には溝部１５が形成され、その溝部１５は加えら
れた電圧によって強誘電体の結晶１４が形成される。図
５（ｄ）は溝部１５に垂直方向の断面図で、誘電体材料
１１に溝部１５と結晶１４が形成された状態を示してい
る。これらの工程により本発明に係わる誘電体記録媒体
１は形成される。

【００６０】図５（ｅ）は同図（ｃ）の工程で形成され
た誘電体記録媒体について、更に焼成し平行電界を印加
する工程を示す。誘電体記録媒体１は焼成装置２５中で
電極２９ａ、２９ｂの電極間に置かれ、平行電界が印加
されながらＭＯ原料の分解温度以上の温度で焼成処理が
なされる。この工程が図３の焼成／平行電界印加工程に
該当する。これにより形成された結晶１４を種として薄
膜全体を結晶化でき、印加される電界によって結晶方向
が薄膜表面に垂直方向に配向した強誘電体の結晶が得ら
れることになる。同図（ｆ）はこれらの工程により形成
された最終形態の誘電体記録媒体の断面を示している。

【００６１】（誘電体記録媒体の製造装置に係わる実施
形態）次に、本発明の誘電体記録媒体の製造装置に係わ
る実施形態について、図６及び図７を参照して説明す
る。

【００６２】誘電体記録媒体製造装置４の構成は図６に
示すように、誘電体材料塗布装置３２、溶媒発散装置３
３、探針押圧装置３４、電圧印加装置３５、探針走査装
置３６、焼成／平行電界印加装置３７、及びこれら装置
を制御する制御装置３１を備える。

【００６３】誘電体材料塗布装置３２は、導電体１２が
形成された基板１２上に、溶媒に溶解したＭＯ原料を塗
布する手段であり、例えばスピンナーが用いられる。基
板１２上に所定の厚さでＭＯ原料が塗布される。塗布す
る厚さの制御はＭＯ原料の粘度、スピンナーの回転速度
等を制御して行う。

【００６４】溶媒発散装置３３は、基板１２上に塗布さ
れた誘電体材料１１から溶媒を発散させる手段であり、
ホットプレート等の加熱装置２４が用いられる。溶媒を
発散させ誘電体材料１１の固化状態の制御は加熱温度、
加熱時間等を制御して行う。

【００６５】探針押圧装置３４は、基板１２上に塗布さ
れた誘電体材料１１に探針２６を押し当て、溝部１５を
形成する手段であり、形成される溝部１５の深さは探針
２６を押し当てるバネ等の弾性力を制御して行うことが
可能である。或いは探針２６の高さ位置を機械的に設定
することで行うこともできる。

【００６６】電圧印加装置３５は、探針２６と導電体１
２の間に電圧を印加する手段であり、印加する電圧によ
って探針２６直下の誘電体材料１１を強誘電体の結晶１
４にする。印加電圧は直流電圧、交流電圧の何れであっ
ても良い。印加する電圧は誘電体材料１１の膜厚に依存
し、好適な電圧に制御されて印加される。

【００６７】探針走査装置３６は、探針２６が誘電体材
料１１に押し圧され電圧が印加された状態で探針２６を
走査する手段であり、溝部１５を誘電体材料１１の表面
に形成する。走査速度は探針２６直下に結晶１４が良好
な状態で形成される速度に制御される。

【００６８】焼成／平行電界印加装置３７は、上述した
装置によって作成された誘電体記録媒体を平行電界中で
焼成する手段であって、探針２６直下に形成された結晶
１４を種とし薄膜全体を記録面に垂直方向に配向した結
晶にする。高品位の強誘電体の結晶を有する電体記録媒
体を形成する。

【００６９】図７は溝部１５と結晶１４を形成する溝部
形成装置５の一例であって、ディスク状の誘電体記録媒
体２また３の作成に適用する。探針２６を誘電体材料１
１に押し圧し、電圧を印加し、誘電体記録媒体を回転さ
せて探針２６を走査し溝部１５と結晶１４を形成する。
探針２６はベース４０上の支持柱４２に設けられたアー
ム４３の先端に取り付けられ、誘電体材料１１に押し圧
されている。支持柱４２は粗調整部４４と微調整部４５
を備え、探針２６の誘電体材料１１に対する押し圧を調
整する。粗調整部４４は例えば精密な螺子からなり、一
方、微調整部４５は例えば圧電素子からなり、圧電素子
に印加する電圧を制御することによってアーム４３の位
置を精密に調整する。誘電体記録媒体２はモータ４７の
テーブル４８に載置され回転する。また、探針２６は図
示しないディスク半径方向の送り機構により移動され、
同心円状、或いは螺旋状の溝部１５が形成される。

【００７０】上述したように溝部形成装置５は図６に示
した探針押圧装置３４、電圧印加装置３５、探針走査装
置３６を一体として含むものである。尚、テープ状、或
いはカード状の誘電体記録媒体１についても、誘電体記
録媒体１を直線状の送り機構に載置して送る構造をとる
ことで、同様に溝部１５と強誘電体の結晶１４を形成す
ることが可能である。以上説明したことに限らず、同様
の機能を有する如何なる機構、手段を用いて誘電体記録
媒体１、２、３を形成してもよい。

【００７１】ここで、図８を参照して誘電体の厚みと分
極領域を反転させる最小電圧の関係について説明する。
図８は探針の形状をパラメータとして誘電体の厚みと分
極領域を反転させる最小電圧を示す図であって、探針形
状と誘電体記録媒体の厚み、領域サイズ、分極領域の反
転電圧等には相似性のあることが確認されている。ま
た、記録に対応する分極領域は探針の径と略同等の大き
さで形成されるので、高密度記録を行うためには、その
径を小さくすることが好ましい。一方、分極領域を形成
する電圧は誘電体の厚みが厚いほど印加する電圧を高く
する必要のあることが同図から知られるところである。
特に探針の径が小さくなるほど、誘電体の厚みに対する
印加電圧の増加は急峻になる。従って、印加電圧を、使
い勝手の良い低い電圧で動作させるためには誘電体の厚
みを薄くする必要がある。本発明の誘電体記録媒体は、
その誘電体材料１１の厚みを、例えば１０００Å程度に
均一に薄く制御されて形成されるのでこの要求を満たす
ものである。

【００７２】（本発明の誘電体記録媒体を用いる情報記
録再生装置）次に、本発明の誘電体記録媒体を用いる情
報記録再生装置について図９及び図１０を参照して説明
する。ここで図９は溝部１５が一本で構成される誘電体
記録媒体を用いた情報記録再生装置６のブロック構成を
示す図であり、図１０は複数の溝部１５を備えた誘電体
記録媒体を用いる情報記録再生装置７の要部を示す図で
ある。

【００７３】図９に示すように、情報記録再生装置６
は、カード状の誘電体記録媒体１と、探針２６と、電極
５１と、交流信号発生部５２と、記録信号発生部５３
と、加算部５４と、発振部５５と、ＦＭ復調部５６と、
信号検出部５７と、インダクタＬと、インダクタＬａ
と、容量Ｃａと、ＳＷ１を備える。その他情報記録装置
としての一般の各種機能を備えていることは当然であ
る。

【００７４】探針２６は、その先端が所定の半径を有す
る半球状の部材で、少なくともその表面は電圧を印加す
るために導電性を有する。情報を記録する際にはこの探
針２６に電圧を印加し、溝部１５の強誘電体の結晶１４
に分極領域を形成して記録情報に対応させ、一方、再生
する場合は探針２６で溝部１５の強誘電体の結晶１４の
分極領域をトレースして記録情報をピックアップする。
トレースは探針２６が溝部１５に沿ってトラッキングす
ることで行われる。本発明に係わる誘電体記録媒体はこ
のトラッキング用の溝部１５を有しているので探針２６
の走査は容易に行うことが可能である。

【００７５】電極５１は、発振部５５で発振した高周波
信号が探針２６に加わり、誘電体記録媒体１の微小領域
に印加される高周波電界が接地側に戻るための電極であ
る。

【００７６】交流信号発生部５２は、探針２６に印加す
る交流信号を発生する手段であり、誘電体の微小領域に
交番電界を印加して情報読み取り時の読み取り信号に変
調を加えて、読み取り信号の分離が確実に行われるよう
にする。また、記録信号発生部５３からの記録信号にバ
イアスをかけ、探針２６に印加して情報を記録する。分
極状態対応する探針直下の容量Ｃｓの違いが発振部５５
の発振周波数を変調させ、これを復調することで正しい
記録動作が行われているかをモニターすることが可能と
なる。情報読み取り時にはＳＷ１を端子ａ側に接続し、
情報書き込み時にはＳＷ１を端子ｂ側に接続する。

【００７７】記録信号発生部５３は、誘電体記録媒体１
に記録する情報を、記録に適した形態の信号に変換す
る。電圧レベル、パルス幅等も最適に設定されて出力さ
れる。

【００７８】加算部５４は、記録信号発生部５３からの
記録用信号と、交流信号発生部５２からの交流信号を加
算することで変調し、探針２６に印加する。

【００７９】発振部５５は、記録された情報を周波数変
調してピックアップするための信号を発生する。その発
振周波数は例えば１ＧＨｚ程度に設定される。

【００８０】インダクタＬａと容量Ｃａは、交流信号発
生部５２の交流信号が発振部５５と干渉を起こすことを
防止するために設けられたローカットフィルタを構成し
ている。発振部５５の発振周波数は１ＧＨｚ程度であ
り、交流信号発生装置３６の交流信号はＭＨｚオーダー
であっても１次のＬＣフィルタで十分分離は可能であ
る。さらに交流信号の周波数を高めることはデータ転送
レートを向上させる方向であり、その場合はそれに適合
したフィルタ定数を選定すればよい。

【００８１】インダクタＬは、探針２６の直下の分極領
域に対応した容量Ｃｓとで共振回路を構成する。容量Ｃ
ｓの変化により共振周波数が変化し、発振部５５の発信
信号に周波数変調を加えることになる。この周波数変調
を復調することにより記録情報を読み取ることができ
る。ここで共振回路中に容量Ｃａが入ってくるが、容量
Ｃｓは容量Ｃａに対して極めて小さく、共振周波数に対
しては主に容量Ｃｓが支配的要因となる。

【００８２】ＦＭ復調部５６は、インダクタＬと容量Ｃ
ｓとで形成される共振回路により周波数変調された発振
部５５の発振信号を復調する。これは通常のＦＭ検波手
段が用いられる。

【００８３】信号検出部５７は、FM復調部５６で復調さ
れた信号から、交流信号発生部５２の交流信号を同期信
号として用いて同期検波を行い、記録されている情報を
再生する。

【００８４】次に、情報記録再生装置６の記録動作につ
いて説明する。ＳＷ１は端子ｂに接続する。まず、記録
信号発生部５３に記録すべき情報を入力する。記録信号
発生部５３では記録すべき情報を記録に適した所定のフ
ォーマットに変換し、設定された電圧レベルとパルス幅
のデジタル記録信号として出力する。

【００８５】記録信号発生部５３からの記録信号はイン
ダクタＬａを介して探針２６に印加され、誘電体記録媒
体１の導電体１２との間で生じる電界により誘電体記録
媒体１の溝部１５の強誘電体の結晶１４に分極領域を形
成し、情報が記録される。

【００８６】記録のモニターは形成された分極領域に対
応する探針直下の容量ＣｓとインダクタＬの共振回路に
より発振部５５の発振周波数を周波数変調し、この周波
数変調した信号をFM復調部５６で復調し、交流信号発生
部５２の交流信号を同期信号として信号検出部５７で同
期検波を行う。

【００８７】次に、情報記録再生装置６の再生動作につ
いて説明する。ＳＷ１は端子ａに接続する。探針２６に
は交流信号発生部５２から交流信号が印加される。この
交流信号は同期検波するときの同期信号となる。探針２
６が溝部１５をトラッキングすると分極状態に対応し
た、即ち記録情報に対応した容量Ｃｓを検出し、容量Ｃ
ｓとインダクタＬとで共振回路を構成して、その共振周
波数で発振部５５の発振周波数を周波数変調する。この
周波数変調した信号をFM復調部５６で復調し、交流信号
発生部５２の交流信号を同期信号として信号検出部５７
で同期検波を行って記録情報を再生することになる。

【００８８】このようにしてピックアップされた信号
は、交流信号発生部５２の交流信号を同期信号として再
生され、記録されている情報を再生する。尚、同期検波
に用いられる手段はロックインアンプ等、交流信号発生
部５２の交流信号と同期をとって信号を再生する回路で
あれば何れも使用可能である。

【００８９】次に、複数の溝部１５を備えた誘電体記録
媒体を用いる情報記録再生装置７について図１０を参照
して説明する。尚、上述した情報記録再生装置６とは複
数の溝部１５ａ〜１５ｃと、それに対応する複数の探針
２６ａ〜２６ｃを有することにおいて異なるものであ
り、共通の構成については適宜、情報記録再生装置６に
関する説明を参照することとする。また、更に多くの溝
部１５を有する場合の装置においても同様である。

【００９０】誘電体記録媒体１の溝部１５ａ〜１５ｃに
対応して探針２６ａ〜２６ｃが設けられている。また、
図示しない交流信号発生部、記録信号発生部、加算部、
記録再生時の信号を切り替えるＳＷが設けられていて、
探針２６ａ〜２６ｃのそれぞれにコイルＬａ〜Ｌｃを介
して信号が供給される。

【００９１】情報記録再生装置７の記録動作としては、
記録信号発生部からの記録用信号が交流信号発生部から
の異なった周波数で変調され、コイルＬａ〜Ｌｃを介し
て探針２６ａ〜２６ｃのそれぞれに供給される。探針２
６ａ〜２６ｃに供給された電圧により誘電体記録媒体１
の溝部１５の強誘電体の結晶１４と導電体１２との間に
電界が発生し、これに基づき分極領域が形成される。探
針２６ａ〜２６ｃはそれぞれに対応する溝部１５ａ〜１
５ｃに沿って移動し、順次情報が記録されていく。探針
２６ａ〜２６ｃは溝部１５ａ〜１５ｃに沿って移動する
ためトラッキングの制御が極めて容易になるものであ
る。

【００９２】探針２６ａ〜２６ｃの直下には分極に対応
した容量Ｃsa〜Ｃscが形成され記録情報に対応する。ま
た、記録状態は容量Ｃsa〜Ｃsc、容量Ｃa〜Ｃc、コイル
Ｌで構成する共振回路の共振周波数で発振器の発振周波
数を変調し、その信号を交流信号発生部からの交流信号
に同期させることで探針２６ａ〜２６ｃに供給されてい
る情報の記録状態を監視することが可能である。

【００９３】次に、情報記録再生装置７の再生動作とし
ては、交流信号発生部からの異なった周波数の信号がコ
イルＬａ〜Ｌｃを介して探針２６ａ〜２６ｃのそれぞれ
に供給される。探針２６ａ〜２６ｃがそれぞれに対応し
た溝部１５ａ〜１５ｃをトレースすると、探針２６ａ〜
２６ｃの直下の分極に対応した、即ち記録した情報に対
応した容量Ｃsa〜Ｃscを検出する。この容量Ｃsa〜Ｃsc
と容量Ｃａ〜ＣｃとコイルＬとで構成する共振回路の共
振周波数で発振器の発振周波数を変調し、その信号を交
流信号発生部からの交流信号に同期させることで探針２
６ａ〜２６ｃのそれぞれがピックアップした情報を分離
して再生することになる。

【００９４】以上、本発明に係わる実施形態について詳
述したが、本発明はこれらの実施形態に限られるもので
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誘電体記録媒体とその製造方
法及びその製造装置もまた本発明の技術思想に含まれる
ものである。

【００９５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明による誘電
体記録媒体は、高密度記録に適した極めて薄く、且つ分
極方向が記録面に対して一様に垂直方向である誘電体材
料からなり、記録面には複数の探針トレース用の溝部を
設けているので、トレースが容易になると共に、同時に
複数の情報を記録し再生することが可能となり、記録再
生速度の向上を図ることが可能である。

【００９６】更に、これら複数の記録トラックはそれぞ
れ記録セクターとして管理可能となり、大容量の情報の
管理が容易となる。また、記録トラックに欠陥がある場
合はそのトラックの使用を中止し、他のトラックを用い
ることで誘電体記録媒体そのものを破棄する必要は無
く、製造の歩留まりが向上する。

【００９７】また、本発明の誘電体記録媒体の製造方法
及び製造装置によれば、極めて薄く、且つ分極方向が記
録面に対して一様に垂直方向である誘電体材料からな
り、探針のトレースを容易にする溝部を有する誘電体記
録媒体の作成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘電体記録媒体の構成を示す図であっ
て、同図（ａ）はその平面図であり、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａにおける断面側面図である。

【図２】本発明の誘電体記録媒体の形態の例を示す図で
あって、同図（ａ）はテープ形態、或いはカード形態で
直線状の複数の溝部を有する媒体であり、同図（ｂ）は
ディスク形態で同心円状の複数の溝部を有する媒体であ
り、同図（ｃ）はディスク形態で螺旋状の溝部を有する
媒体である。

【図３】本発明の誘電体記録媒体の製造方法を示す製造
工程のフロー図である。

【図４】本発明の誘電体記録媒体の製造工程を示す図で
あって、同図（ａ）は基板に溶媒でゾル状態にしたＭＯ
原料を塗布する工程であり、同図（ｂ）は塗布したＭＯ
原料から溶媒を発散しゲル状態を経て固化状態にする工
程である。

【図５】図４に続く誘電体記録媒体の製造工程を示す図
であって、同図（ｃ）は固化状態のＭＯ原料に溝部と強
誘電体結晶を形成する工程であり、同図（ｄ）は同図
（ｃ）の工程で形成された誘電体記録媒体である。ま
た、同図（ｅ）は同図（ｃ）の工程で形成された誘電体
記録媒体を焼成しつつ平行電界を印加する工程であり、
同図（ｆ）は同図（ｅ）の工程で形成された誘電体記録
媒体である。

【図６】本発明の誘電体記録媒体の製造装置の構成を示
すブロック図である。

【図７】誘電体記録媒体の溝部を形成するための装置の
一例を示す図である。

【図８】誘電体の厚みと分極領域を反転させる最小電圧
の関係を、探針半径をパラメータとして示す図である。

【図９】本発明に係わる誘電体記録媒体を用いた情報記
録再生装置の一例を示す図である。

【図１０】本発明に係わる複数の溝部を有する誘電体記
録媒体を用いた情報記録再生装置の一例について示す図
である。

【符号の説明】

１、２、３・・・誘電体記録媒体 ４・・・誘電体記録媒体製造装置 ５・・・溝部形成装置 ６、７・・・情報記録再生装置 １１・・・誘電体材料 １２・・・導電体 １３・・・基板 １４・・・結晶 １５・・・溝部 １６・・・塗布材料 ２０・・・スピンナー ２１・・・スピナヘッド ２２・・・ノズル ２４・・・加熱装置 ２５・・・焼成装置 ２６・・・探針 ２７、２８・・・電源 ２９ａ、２９ｂ・・・電極 ４０・・・ベース ４１・・・制御部 ４２・・・支持柱 ４３・・・アーム ４４・・・粗調整部 ４５・・・微調整部 ４６・・・支点 ４７・・・モータ ４８・・・テーブル ５１・・・電極 ５２・・・交流信号発部 ５３・・・記録信号発生部 ５４・・・加算部 ５５・・・発振部 ５６・・・ＦＭ復調部 ５７・・・信号検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長 康雄 宮城県仙台市青葉区米ヶ袋２丁目４−５− 304

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 探針を用いて情報を記録し再生する誘電
   体記録媒体であって、 前記探針により情報を記録する誘電体材料と、 前記誘電体材料を保持する基板と、 前記基板上に設けられた導電体との３層からなり、 且つ、前記誘電体材料の記録面に溝部を備えることを特
   徴とする誘電体記録媒体。
2. 【請求項２】 少なくとも、前記溝部の直下の前記誘電
   体材料は強誘電体であることを特徴とする請求項１に記
   載の誘電体記録媒体。
3. 【請求項３】 前記溝部の直下の強誘電体の結晶配向方
   向は記録面に対して垂直方向であることを特徴とする請
   求項２に記載の誘電体記録媒体。
4. 【請求項４】 前記溝部は複数本設けられていることを
   特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の誘電
   体記録媒体。
5. 【請求項５】 前記溝部は同心円状に設けられているこ
   とを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の
   誘電体記録媒体。
6. 【請求項６】 前記溝部は螺旋状に設けられていること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の誘
   電体記録媒体。
7. 【請求項７】 前記基板はシリコン基板であることを特
   徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の誘電体
   記録媒体。
8. 【請求項８】 探針を用いて情報を記録し再生する誘電
   体記録媒体の製造方法であって、 導電体がその一方の面に設けられた基板上に、溶媒によ
   り溶解された誘電体形成材料を塗布する塗布工程と、 前記塗布工程の後、前記溶媒を発散する溶媒発散工程
   と、 前記溶媒発散工程の後、前記基板上に積層された前記誘
   電体形成材料に前記探針を押圧する押圧工程と、 前記押圧工程の後、前記探針と前記導電体間に前記誘電
   体形成材料を挟んで電圧を印加する電圧印加工程と、 前記電圧印加工程により電圧を印加した状態で、前記探
   針を走査する走査工程とを備えることを特徴とする誘電
   体記録媒体の製造方法。
9. 【請求項９】 前記走査工程の後、更に前記誘電体形成
   材料を焼成しつつ平行電界を印加する電界印加工程とを
   備えることを特徴とする請求項８に記載の誘電体記録媒
   体の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記塗布工程はスピンコート法を用い
    ることを特徴とする請求項８及び９のいずれか一項に記
    載の誘電体記録媒体の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記誘電体形成材料の前記基板への塗
    着は、溶媒により溶解された前記誘電体形成材料のゾル
    状材料を基板に塗布し、その後、前記溶媒を発散させて
    ゲル状態にするゾルゲル法を用いることを特徴とする請
    求項８及び９のいずれか一項に記載の誘電体記録媒体の
    製造方法。
12. 【請求項１２】 探針を用いて情報を記録し再生する誘
    電体記録媒体の製造装置であって、 導電体がその一方の面に設けられた基板上に、溶媒によ
    り溶解された誘電体形成材料を塗布する塗布手段と、 前記塗布手段による誘電体形成材料の塗布後、前記溶媒
    を発散する溶媒発散手段と、 前記溶媒発散手段による溶媒の発散後、前記基板上に積
    層された前記誘電体形成材料に前記探針を押圧する押圧
    手段と、 前記押圧手段により前記探針が前記誘電体形成材料に押
    圧された後、前記探針と前記導電体間に前記誘電体形成
    材料を挟んで電圧を印加する電圧印加手段と、 前記電圧印加手段により電圧が印加された状態で前記探
    針を走査する走査手段とを備えることを特徴とする誘電
    体記録媒体の製造装置。
13. 【請求項１３】 前記走査手段による前記探針の走査
    後、更に前記誘電体形成材料を焼成しつつ平行電界を印
    加する電界印加手段とを備えることを特徴とする請求項
    １２に記載の誘電体記録媒体の製造装置。