JP3209295B2 - 記録再生装置 - Google Patents

記録再生装置

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JP3209295B2
JP3209295B2 JP06167993A JP6167993A JP3209295B2 JP 3209295 B2 JP3209295 B2 JP 3209295B2 JP 06167993 A JP06167993 A JP 06167993A JP 6167993 A JP6167993 A JP 6167993A JP 3209295 B2 JP3209295 B2 JP 3209295B2
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隆夫 任田
博行 加道
伸一 山本
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、記録再生装置に関し、
さらに詳細には、原子間力顕微鏡、及び誘電体の分極反
転、圧電効果、焦電効果を応用した記録再生装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】大容量の記録再生装置としては、磁気デ
ィスクや光ディスクが広く用いられている。これらの中
で最も高密度記録が可能な光ディスクにおいても、1ビ
ット当りの記録面積は使用する光の波長によって制限さ
れ、直径1μm程度である。
【0003】1980年代初めに、固体表面を原子オー
ダーの分解能で観察できる装置として走査型トンネル顕
微鏡(以下「STM」という)が開発された。その後、
STMの測定原理に基づくいくつかの新し顕微鏡が開発
された。このうち、原子間力顕微鏡(以下「AFM」と
いう)は、試料と先端が鋭く尖った探針との間の引力や
斥力(原子間力)を検出して試料表面の凹凸を測定する
ものであり、STMでは測定できない絶縁体を含む半導
体、金属、生体など広範な種類の材料の表面微細構造を
観察できる顕微鏡として実用化が進んできている。尚、
AFMは、レーザービームを用いた光てこ方式などによ
り、探針が設けられたカンチレバー(片持ち梁)の変位
(撓み)として原子間力を検出するものであるため、試
料表面の微小な領域と探針との間の微小な力をきわめて
高精度に制御することができる。
【0004】また、STMを用いて書き込み/読み出し
を行い、誘電体薄膜を記録媒体とする、1ビット当たり
の記録領域が直径0.1μm以下の大容量記録再生装置
も提案されている(特開昭63−193349号公
報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、誘電体薄膜は
電気を通さないため、表面を安定に走査させることは困
難である。このため、誘電体からなる記録媒体の近傍
に、探針と誘電体との距離を制御するための導電体部分
を設ける必要があり、その結果、記録媒体の構成が複雑
になると共に、大気中で使用した場合にトンネル電流が
不安定となり、信頼性に欠けるという課題があった。
【0006】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、高密度記録が可能で、記録再生速度が早く、しか
も信頼性の高い記録再生装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る記録再生装置の第1の構成は、カンチ
レバーの先端に設けた導電性探針を誘電体からなる記録
媒体に接触させて、この記録媒体に情報を記録又は再生
する記録再生装置であって、前記導電性探針を前記記録
媒体から略一定の斥力を受ける状態で接触させ、前記記
録媒体の微小領域に電界を印加し、前記記録媒体の誘電
分極方向を制御することにより情報の書き込みを行う情
報書き込み手段と、前記記録媒体に光を照射した際に誘
起される電圧あるいは電流を、前記導電性探針を用いて
計測することにより情報の読み出しを行う情報読み出し
手段とを設けたことを特徴とする。
【0008】本発明に係る記録再生装置の第2の構成
は、カンチレバーの先端に設けた導電性探針を誘電体か
らなる記録媒体に接触させて、この記録媒体に情報を記
録又は再生する記録再生装置であって、前記導電性探針
を前記記録媒体から略一定の斥力を受ける状態で接触さ
せ、前記記録媒体の微小領域に電界を印加し、前記記録
媒体の誘電分極方向を制御することにより情報の書き込
みを行う情報書き込み手段と、前記記録媒体に振動を印
加した際に誘起される電圧あるいは電流を、前記導電性
探針を用いて計測することにより情報の読み出しを行う
情報読み出し手段とを設けたことを特徴とする。
【0009】前記第1又は第2の構成においては、記録
媒体及び導電性探針の少なくとも一方に、前記記録媒体
と前記導電性探針との相対位置を制御する圧電体微動装
置を設けるのが好ましい。
【0010】また、前記第1又は第2の構成において
は、導電性探針が、誘電体で形成された探針の表面を導
電性物質で被覆した構成であるのが好ましい。また、前
記第1又は第2の構成においては、導電性探針が導電性
を有する針状結晶からなるのが好ましく、さらには、針
状結晶が酸化亜鉛、セレン化亜鉛及び炭化シリコンから
選ばれる一つであるのが好ましい。
【0011】また、前記第1の構成においては、記録媒
体に照射される光が赤外光であるのが好ましい。また、
前記第1の構成においては、導電性探針が読み出し光を
透過する材料で構成されるのが好ましく、さらには、導
電性探針に光を導入し、前記導電性探針の先端から記録
媒体に光を照射するのが好ましい。
【0012】また、前記第2の構成においては、導電性
探針が記録媒体に接触する力を制御することにより、前
記記録媒体に振動を印加するのが好ましい。また、前記
第2の構成においては、外部振動印加手段によって記録
媒体を振動させるのが好ましい。
【0013】
【作用】前記本発明の第1又は第2の構成によれば、導
電性探針と記録媒体との間に小さな斥力が働く領域で作
動させることができるため、導電性探針と記録媒体との
相対速度を大きくでき、その結果、記録再生速度を高め
ることができる。また、情報の書き込みを、記録媒体の
誘電分極方向を制御することによって行うものであるた
め、1ビット当たり直径1μm以下の領域での記録が可
能となる。さらに、情報の読み出しは、記録媒体の焦電
効果(記録媒体の温度の変化による電圧の誘起)あるい
は圧電効果(記録媒体へ印加される圧力の変化による電
圧の誘起)を利用して行うものであるため、簡単な構成
で高密度、高性能な記録再生装置を実現することができ
る。
【0014】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。図1は本発明に係る記録再生装置の一実施
例の記録再生部分の構成図である。以下、図1を参照し
ながらその構成を動作と共に説明する。
【0015】記録媒体3としては、厚さ0.1μmのフ
ッ化ビニリデン(VDF)とトリフルオロエチレン(T
rFE)との7:3の共重合体薄膜を用いた。この記録
媒体3は、比抵抗が0.01Ω・cmのシリコン基板2
の上に、溶媒としてヂメチルホルムアミドを用いスピン
コート法によって作成した。シリコン基板2は、回転駆
動可能な金属製の円盤1上に配置され、この円盤1を介
して外部に電気的に接続されている。
【0016】導電性の探針4は、長さ10μmの酸化亜
鉛の針状結晶からなり、厚さ0.5μm、長さ200μ
m、幅40μmの矩形状窒化珪素からなる薄膜カンチレ
バー5の先端に接着剤によって固定されている。尚、酸
化亜鉛の針状結晶の比抵抗は数Ω・cmである。カンチ
レバー5の表面には厚さ0.1μmの金属薄膜6が設け
られており、該金属薄膜6の一端は導電性探針4に接続
されている。これにより、後記する赤色発光半導体レー
ザー8から照射されるレーザー光を反射することができ
ると共に、導電性探針4に電圧を印加し、記録媒体3に
誘起される電圧を測定することができる。
【0017】赤色発光半導体レーザー8及び2分割フォ
トダイオード9は、カンチレバー5にレーザー光を照射
し、その反射光を検出するためのものであり、光テコを
構成している。そして、この光テコによってカンチレバ
ー5の変位(撓み)を測定し、カンチレバー5のバネ定
数から換算される力を検出することにより、探針4と記
録媒体3との間に働く力を検出することができる。
【0018】赤外光半導体レーザー10は、探針4と接
触する部分の記録媒体3に赤外光を照射し、記録媒体3
に電圧を誘起させるためのものである。また、圧電体微
動装置7は、記録媒体3の表面に垂直な方向(Z方向)
と、記録媒体3の移動方向(X方向)とZ方向の双方に
直交する方向(Y方向)に探針4を制御するためのもの
である。また、トラッキングサーボ機構11は、探針
4、カンチレバー5の変位測定系、圧電体微動装置7な
どを、Y方向に大きく移動させるためのものである。
【0019】次に、上記のように構成された記録再生装
置を用いた情報の書き込み/読み出し操作について説明
する。まず、探針4の下での記録媒体3の移動速度が1
cm/secとなるように円盤1を回転させる。次い
で、赤色発光半導体レーザー8からカンチレバー5にレ
ーザー光を照射し、その反射光を2分割フォトダイオー
ド9で検出することによって、探針4から記録媒体3に
印加される力を検出する。この検出力が一定となるよう
に、圧電体微動装置7を用いて探針4をZ方向にフィー
ドバック制御し、記録媒体3に対する探針4の力が一定
値(約1×10-9N)となるようにする。そして、この
状態で探針4に30V、5μsecのパルス電圧を10
μsecごとに数回印加し、記録媒体3の微小領域に電
界を印加して記録媒体3の誘電分極方向を制御すること
により、情報の書き込みを行う。尚、このように小さな
斥力が働く領域で動作させれば、探針4と記録媒体3と
の摩擦力を小さくでき、記録再生速度を高めることがで
きる。
【0020】情報の読み出しは、赤外光半導体レーザー
10を用いて、チョッピング周波数1MHzの赤外レー
ザー光パルスを、探針4が接触している部分の記録媒体
3に照射し、記録媒体3に誘起される電圧(焦電効果)
を探針4を介して金属薄膜6の電圧として測定すること
によって行う。赤外レーザー光パルスの照射面積は、1
つの信号が記録されている面積より十分大きくても問題
はないため、直径約500μmとした。金属薄膜6の電
圧をロックインアンプによって検出したところ、情報が
記録されていない部分では数μV以下であったが、情報
を記録した部分では数十μVであった。また、書き込み
時の電界の方向によって、位相が180度ずれて検出さ
れた。尚、金属薄膜6からの出力を高感度電流電圧変換
器に導入すれば、電流値の変化によっても情報の読み出
しを行うことができる。また、情報が記録されている部
分は直径約80nmの領域であることが分かった。この
ことは、直径80nmの微小な領域に1つの情報を書き
込み、かつ、読み出すことができ、超高密度の記録再生
を行うことができることを意味している。情報の読み出
しに赤外光を用いたが、可視光よりも吸収され易く高感
度が得られた。尚、本実施例のように酸化亜鉛の針状結
晶からなる導電性透明探針を用いれば、探針中に光を導
入し探針先端から記録媒体3に光を照射することも可能
である。
【0021】情報の読み出し方法としては、他に記録媒
体3の圧電的性質を用いる方法もある。すなわち、圧電
体微動装置7に30V、5μsecのパルス電圧を10
μsecごとに印加して、探針4をZ方向に振動させ、
記録媒体3に誘起される電圧(圧電効果)を探針4を介
して金属薄膜6の電圧として測定することにより、記録
された情報を読み出すことができる。これは、記録媒体
3の微小領域の分極の有無や分極方向によって金属薄膜
6から検出される電圧の大きさや極性が変化することに
よるものである。また、圧電効果を利用して記録媒体3
に電圧を発生させる方法としては、他に円盤1に圧電体
を取り付け、記録媒体3の全面に振動を印加する方法も
ある。
【0022】尚、導電性探針としては、可視光から2.
5μm程度の赤外光をよく透過し、検出用の赤外光を外
部から照射する場合にも記録媒体に探針の影を作ること
がなく、また、赤外光を導入し、探針先端から照射する
ことも可能である点で、上記した酸化亜鉛の針状結晶を
用いるのが好ましいが、必ずしもこれに限定されるもの
ではなく、例えば、金属探針やセレン化亜鉛、炭化シリ
コンなどの結晶を用いることもできる。また、先端を尖
らせたガラスファイバーの表面を金属や導電性透明薄膜
で被覆した探針を用いることもできる。
【0023】また、本実施例においては、記録媒体とし
て有機材料を用いているが、必ずしもこれに限定される
ものではなく、チタン酸鉛系、ニオブ酸リチウム系、タ
ンタル酸リチウム系などの無機誘電体材料であっても安
定に動作させることができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る記録
再生装置の第1又は第2の構成によれば、導電性探針と
記録媒体との間に小さな斥力が働く領域で作動させるこ
とができるため、導電性探針と記録媒体との相対速度を
大きくでき、その結果、記録再生速度を高めることがで
きる。また、情報の書き込みを、記録媒体の誘電分極方
向を制御することによって行うものであるため、1ビッ
ト当たり直径1μm以下の領域での記録が可能となる。
さらに、情報の読み出しは、記録媒体の焦電効果(記録
媒体の温度の変化による電圧の誘起)あるいは圧電効果
(記録媒体へ印加される圧力の変化による電圧の誘起)
を利用して行うものであるため、簡単な構成で高密度、
高性能な記録再生装置を実現することができる。尚、こ
の装置は1秒以内でランダムアクセスできるため、長時
間の映像情報の記録再生装置として最適である。また、
導電性探針の形状をさらに先鋭化することにより、記録
面積をさらに小さくすることができるので、より超高密
度の記録再生装置を実現することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る記録再生装置の一実施例の記録再
生部分の構成図である。
【符号の説明】
1 円盤 2 基板 3 記録媒体 4 導電性探針 5 カンチレバー 6 金属薄膜 7 圧電体微動装置 8 赤色発光半導体レーザー 9 2分割フォトダイオード 10 赤外光半導体レーザー 11 トラッキングサーボ機構
フロントページの続き (72)発明者 横山 和夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−3839(JP,A) 特開 昭52−37416(JP,A) 特開 平6−36364(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 9/14 G11B 9/02 G11B 11/00 G11B 11/26

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カンチレバーの先端に設けた導電性探針
    を誘電体からなる記録媒体に接触させて、この記録媒体
    に情報を記録又は再生する記録再生装置であって、前記
    導電性探針を前記記録媒体から略一定の斥力を受ける状
    態で接触させ、前記記録媒体の微小領域に電界を印加
    し、前記記録媒体の誘電分極方向を制御することにより
    情報の書き込みを行う情報書き込み手段と、前記記録媒
    体に光を照射した際に誘起される電圧あるいは電流を、
    前記導電性探針を用いて計測することにより情報の読み
    出しを行う情報読み出し手段とを設けたことを特徴とす
    る記録再生装置。
  2. 【請求項2】 カンチレバーの先端に設けた導電性探針
    を誘電体からなる記録媒体に接触させて、この記録媒体
    に情報を記録又は再生する記録再生装置であって、前記
    導電性探針を前記記録媒体から略一定の斥力を受ける状
    態で接触させ、前記記録媒体の微小領域に電界を印加
    し、前記記録媒体の誘電分極方向を制御することにより
    情報の書き込みを行う情報書き込み手段と、前記記録媒
    体に振動を印加した際に誘起される電圧あるいは電流
    を、前記導電性探針を用いて計測することにより情報の
    読み出しを行う情報読み出し手段とを設けたことを特徴
    とする記録再生装置。
  3. 【請求項3】 記録媒体及び導電性探針の少なくとも一
    方に、前記記録媒体と前記導電性探針との相対位置を制
    御する圧電体微動装置を設けた請求項1又は2に記載の
    記録再生装置。
  4. 【請求項4】 導電性探針が、誘電体で形成された探針
    の表面を導電性物質で被覆した構成である請求項1又は
    2に記載の記録再生装置。
  5. 【請求項5】 導電性探針が導電性を有する針状結晶か
    らなる請求項1又は2に記載の記録再生装置。
  6. 【請求項6】 針状結晶が酸化亜鉛、セレン化亜鉛及び
    炭化シリコンから選ばれる一つである請求項5に記載の
    記録再生装置。
  7. 【請求項7】 記録媒体に照射される光が赤外光である
    請求項1に記載の記録再生装置。
  8. 【請求項8】 導電性探針が読み出し光を透過する材料
    で構成される請求項1に記載の記録再生装置。
  9. 【請求項9】 導電性探針に光を導入し、前記導電性探
    針の先端から記録媒体に光を照射する請求項8に記載の
    記録再生装置。
  10. 【請求項10】 導電性探針が記録媒体に接触する力を
    制御することにより、前記記録媒体に振動を印加する請
    求項2に記載の記録再生装置。
  11. 【請求項11】 外部振動印加手段によって記録媒体を
    振動させる請求項2に記載の記録再生装置。
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