JPH10106053A - Information recording medium and its manufacture, and method and device for recording information using the medium - Google Patents
Information recording medium and its manufacture, and method and device for recording information using the mediumInfo
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- JPH10106053A JPH10106053A JP26152296A JP26152296A JPH10106053A JP H10106053 A JPH10106053 A JP H10106053A JP 26152296 A JP26152296 A JP 26152296A JP 26152296 A JP26152296 A JP 26152296A JP H10106053 A JPH10106053 A JP H10106053A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、走査トンネル顕微
鏡（以下「ＳＴＭ」という）や原子間力顕微鏡（以下
「ＡＦＭ」という）などの走査型プローブ顕微鏡（以下
「ＳＰＭ］という）技術を応用した情報記録方法、情報
記録装置、それに用いる情報記録媒体およびその製造方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention applies a scanning probe microscope (hereinafter, referred to as "SPM") technology such as a scanning tunneling microscope (hereinafter, referred to as "STM") and an atomic force microscope (hereinafter, referred to as "AFM"). The present invention relates to an information recording method, an information recording device, an information recording medium used for the same, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＳＴＭやＡＦＭ等を含むＳＰＭ技
術を応用した超高密度記録方法が提案されている。ＳＰ
Ｍによって記録媒体の表面形状に変化を起こさせたり、
記録媒体の表面の物理的性質に変化を与える方法とし
て、探針を直接を記録媒体に押し付ける機械的加工法、
探針と基板との間に強電界を発生させ探針材料を記録媒
体表面に堆積させる方法、記録媒体表面から物質を除去
する電界蒸発法、探針と記録媒体との間に電圧を印加し
流れる電流の熱エネルギーを利用して表面状態を変化さ
せる電気的方法等が知られている。これらの記録方法に
よれば、いずれの場合でも記録密度を１平方インチ当た
り１テラビット以上に超高密度化する可能性がある。2. Description of the Related Art In recent years, an ultra-high-density recording method using an SPM technique including an STM and an AFM has been proposed. SP
M changes the surface shape of the recording medium,
As a method of changing the physical properties of the surface of the recording medium, a mechanical processing method in which a probe is directly pressed against the recording medium,
A method of generating a strong electric field between the probe and the substrate to deposit the probe material on the surface of the recording medium, an electric field evaporation method for removing a substance from the surface of the recording medium, and applying a voltage between the probe and the recording medium. There is known an electric method for changing a surface state by using thermal energy of a flowing current. According to these recording methods, in any case, there is a possibility that the recording density can be increased to an ultra-high density of 1 terabit per square inch or more.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】一般的に、これらの情
報記録再生技術は加工安定性の面で問題が多い。例えば
電気的方法を用いる場合、記録媒体の表面状態を変化さ
せるために必要なかつ十分な熱エネルギーを発生させる
べく、探針と記録媒体との間に比較的大きな電流を流す
必要がある。それに伴って、探針と記録媒体との間に比
較的大きな電圧を印加しなければならない。しかし、探
針と記録媒体とに間に高電圧を印加する条件の下では、
記録媒体に情報を記録する際、探針の先端形状が変化し
たり、探針が破壊される可能性がある。そのため、いま
だ安定した情報記録を実現するには到っていない。Generally, these information recording / reproducing techniques have many problems in processing stability. For example, when an electric method is used, it is necessary to flow a relatively large current between the probe and the recording medium in order to generate sufficient thermal energy necessary to change the surface state of the recording medium. Accordingly, a relatively large voltage must be applied between the probe and the recording medium. However, under conditions where a high voltage is applied between the probe and the recording medium,
When information is recorded on a recording medium, the tip shape of the probe may change or the probe may be broken. Therefore, stable information recording has not yet been achieved.
【０００４】一方、上記電気的方法の問題点を解決する
方法として、例えば"Appl. Phys. Lett., Vol.61, No.
8, 24 August 1992, pp.1003-1005"に記載されているよ
うに、記録媒体に接触させた探針をレーザー光で加熱
し、ＰＭＭＡ表面を形状変化させる方法が提案されてい
る。この方法によれば、探針からの熱エネルギーを利用
して記録媒体に情報記録を行うため、探針と記録媒体と
の間に電圧を印加する必要はなく、探針の寿命を延ばす
ことが可能である。しかし、この方法では、情報記録速
度は探針の加熱速度及び冷却速度に律速され、１００ｋ
Ｈｚ程度が限界となっている。On the other hand, as a method of solving the above-mentioned problem of the electric method, for example, “Appl. Phys. Lett., Vol. 61, No.
8, 24 August 1992, pp. 1003-1005 ", a method has been proposed in which a probe in contact with a recording medium is heated with a laser beam to change the shape of the PMMA surface. According to the method, since information is recorded on a recording medium using thermal energy from the probe, it is not necessary to apply a voltage between the probe and the recording medium, and the life of the probe can be extended. However, in this method, the information recording speed is limited by the heating speed and the cooling speed of the probe,
Hz is the limit.
【０００５】本発明はこれら従来の超高密度情報記録再
生方法の有する問題点を解決するためになされたもので
あり、超高密度、高速かつ安定性の高い情報記録方法、
情報記録装置、それに用いる情報記録媒体およびその製
造方法を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the conventional ultra-high-density information recording / reproducing method.
An object of the present invention is to provide an information recording device, an information recording medium used for the same, and a method for manufacturing the same.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の情報記録媒体は、導電性材料からなる電極
と、絶縁体あるいは半導体からなる母体材料中に、金属
あるいは半導体からなる微粒子が分散された薄膜とで構
成されている。In order to achieve the above object, an information recording medium of the present invention comprises an electrode made of a conductive material and a base material made of an insulator or a semiconductor in which fine particles made of a metal or a semiconductor are contained. It is composed of dispersed thin films.
【０００７】また、本発明の情報記録媒体の製造方法
は、導電性材料からなる電極上に、絶縁体あるいは半導
体からなる母体材料と金属あるいは半導体からなる微粒
子材料とを交互に堆積させることにより、前記母体材料
中に前記微粒子が分散された薄膜を形成する。Further, according to the method of manufacturing an information recording medium of the present invention, a base material made of an insulator or a semiconductor and a fine particle material made of a metal or a semiconductor are alternately deposited on an electrode made of a conductive material. Forming a thin film in which the fine particles are dispersed in the base material;
【０００８】さらに、本発明の情報記録媒体の製造方法
は、導電性材料からなる電極上に、絶縁体あるいは半導
体からなる母体材料と金属あるいは半導体からなる微粒
子材料とを同時に堆積させることにより、前記母体材料
中に前記微粒子が分散された薄膜を形成する。Further, according to the method for manufacturing an information recording medium of the present invention, the base material made of an insulator or a semiconductor and the fine particle material made of a metal or a semiconductor are simultaneously deposited on an electrode made of a conductive material. A thin film in which the fine particles are dispersed in a base material is formed.
【０００９】次に、本発明の情報記録方法は、導電性材
料からなる電極と、絶縁体あるいは半導体からなる母体
材料中に、金属あるいは半導体からなる微粒子が分散さ
れた薄膜とで構成されている情報記録媒体の前記薄膜表
面に、導電性探針の先端を接近又は接触させ、前記電極
と前記導電性探針間に電圧を印加し、前記薄膜の抵抗値
を変化させて情報を記録する。The information recording method of the present invention comprises an electrode made of a conductive material and a thin film in which fine particles made of a metal or a semiconductor are dispersed in a base material made of an insulator or a semiconductor. The tip of a conductive probe approaches or contacts the thin film surface of the information recording medium, a voltage is applied between the electrode and the conductive probe, and information is recorded by changing the resistance value of the thin film.
【００１０】さらに、本発明の情報記録装置は、導電性
材料からなる電極と、絶縁体あるいは半導体からなる母
体材料中に、金属あるいは半導体からなる微粒子が分散
された薄膜とで構成されている情報記録媒体および導電
性探針を有し、前記情報記録媒体表面に沿って前記導電
性探針を相対的に移動させる手段と、前記情報記録媒体
の電極と前記導電性探針間に電圧を印加する手段と、前
記情報記録媒体の電極と前記導電性探針間に流れる電流
を検出する手段とを有する構成である。Further, the information recording apparatus of the present invention is an information recording apparatus comprising an electrode made of a conductive material and a thin film in which fine particles made of a metal or a semiconductor are dispersed in a base material made of an insulator or a semiconductor. Means having a recording medium and a conductive probe, for relatively moving the conductive probe along the surface of the information recording medium, and applying a voltage between the electrode of the information recording medium and the conductive probe And means for detecting a current flowing between the electrode of the information recording medium and the conductive probe.
【００１１】[0011]
（実施の形態１）以下本発明の実施の形態１における情
報記録媒体、情報記録装置及び情報記録方法について、
その概要を情報記録装置の構成を示す図１を参照しなが
ら説明する。(Embodiment 1) Hereinafter, an information recording medium, an information recording apparatus, and an information recording method according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
The outline will be described with reference to FIG. 1 showing the configuration of the information recording apparatus.
【００１２】図１に示すように本実施の形態の情報記録
装置は、記録媒体１の記録面に対向するようにカンチレ
バー２が配置されている。また、カンチレバー２の自由
端部には導電性探針３が設けられている。記録媒体１
は、ＡｕやＰｔ等の導電性材料からなる電極４と、カル
コゲナイド系のアモルファス材料であるＧｅＳｂ2Ｔｅ4
中にＴｅ微粒子が分散した状態の微粒子分散薄膜５とで
形成される。微粒子分散薄膜５の厚さは２０ｎｍであ
り、微粒子分散薄膜中のＴｅ微粒子は、直径が約５ｎ
ｍ、微粒子同士の間隔が約５ｎｍである。カンチレバー
２は、記録中又は再生中に導電性探針３が記録媒体１の
記録面に衝突した場合に衝撃を緩和するために、Ｓｉ薄
膜等で作製されている。また、導電性探針３はカンチレ
バー２先端部に一体加工で形成され、導電性を高めるた
めに厚さ１００ｎｍの金薄膜６で被覆されている。カン
チレバー２は、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に微小駆動可能なアク
チュエータ７に取り付けられており、記録媒体１の記録
面上を１オングストローム以下の精度で移動可能であ
る。導電性探針３と電極４との間には、電源８により電
圧を印加することができる。また、導電性探針３と電極
４との間に流れる電流は、電流増幅器９を介して検出さ
れる。As shown in FIG. 1, in the information recording apparatus of the present embodiment, a cantilever 2 is arranged so as to face a recording surface of a recording medium 1. A conductive probe 3 is provided at a free end of the cantilever 2. Recording medium 1
Is an electrode 4 made of a conductive material such as Au or Pt, and a chalcogenide amorphous material GeSb 2 Te 4
It is formed by a fine particle dispersed thin film 5 in which Te fine particles are dispersed. The fine particle-dispersed thin film 5 has a thickness of 20 nm, and the Te fine particles in the fine particle-dispersed thin film have a diameter of about 5 n.
m, the distance between the fine particles is about 5 nm. The cantilever 2 is made of a Si thin film or the like in order to reduce the impact when the conductive probe 3 collides with the recording surface of the recording medium 1 during recording or reproduction. The conductive probe 3 is formed integrally with the tip of the cantilever 2 and is coated with a thin gold film 6 having a thickness of 100 nm in order to increase conductivity. The cantilever 2 is attached to an actuator 7 that can be minutely driven in the X, Y, and Z directions, and can move on the recording surface of the recording medium 1 with an accuracy of 1 angstrom or less. A voltage can be applied between the conductive probe 3 and the electrode 4 by the power supply 8. Further, a current flowing between the conductive probe 3 and the electrode 4 is detected via the current amplifier 9.
【００１３】次に、情報記録方法について説明する。導
電性探針３を、アクチュエータ７によって記録媒体１の
表面に小さな力（例えば１０-8Ｎ〜１０-10Ｎ程度）で
接触するように制御されながら、アクチュエータ７を駆
動し、導電性探針３をカンチレバー２と共に記録媒体１
の記録面に平行に２ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させた。
導電性探針３の先端が情報を記録すべき所定の領域の真
上に到達すると同時に、電源８により、パルス幅１０μ
秒、＋３．５Ｖのパルス電圧を導電性探針３に印加し
た。パルス電圧が印加された記録媒体１の記録面の所定
の領域１０（以下、記録部と称する）は、状態が変化
し、その結果抵抗値が変化した。すなわち、この抵抗値
変化を利用して情報を記録することができる。この抵抗
値変化は、微粒子分散薄膜５の中で、ＧｅＳｂ2Ｔｅ4あ
るいはＴｅ微粒子のＴｅが、パルス電圧印加により発生
する高電界により負イオンとなって移動し、導電性探針
３と電極４の間にＴｅのフィラメントを形成するために
起こったものと考えられる。なお、抵抗値変化を生じさ
せるために必要なパルス幅は、電圧を増加させることに
より短くなる。すなわち記録速度を高速化すれために
は、印加電圧を増加すればよく、例えば、パルス電圧を
＋４Ｖに上げることにより、パルス幅１μ秒での記録が
可能であった。Next, an information recording method will be described. The actuator 7 is driven while the conductive probe 3 is controlled by the actuator 7 to contact the surface of the recording medium 1 with a small force (for example, about 10 −8 N to 10 −10 N). 3 is the recording medium 1 together with the cantilever 2
Was moved at a speed of 2 mm / sec in parallel with the recording surface.
At the same time that the tip of the conductive probe 3 reaches just above a predetermined area in which information is to be recorded, the power supply 8 supplies a pulse width of 10 μm.
For 2 seconds, a pulse voltage of +3.5 V was applied to the conductive probe 3. The state of a predetermined area 10 (hereinafter, referred to as a recording section) on the recording surface of the recording medium 1 to which the pulse voltage was applied changed, and as a result, the resistance value changed. That is, information can be recorded using the change in the resistance value. This change in the resistance value is caused by that GeSb 2 Te 4 or Te of the Te fine particles move as negative ions due to the high electric field generated by application of the pulse voltage in the fine particle dispersed thin film 5, and the conductive probe 3 and the electrode 4 It is considered that this occurred during the formation of a Te filament during the above. Note that the pulse width required to cause a change in the resistance value is reduced by increasing the voltage. That is, to increase the recording speed, it is sufficient to increase the applied voltage. For example, by increasing the pulse voltage to +4 V, recording with a pulse width of 1 μsec was possible.
【００１４】次に、情報再生方法について説明する。母
体材料であるＧｅＳｂ2Ｔｅ4とパルス電圧印加により形
成されたＴｅフィラメントとでは抵抗値が異なる。その
ため、この抵抗値変化を利用して記録された情報を読み
取ることができる。例えば、図１に示す導電性探針３を
記録媒体１の記録面に接触させ、電源８により導電性探
針３と電極４との間に直流電圧を印加し、導電性探針３
と電極５との間に流れる電流を電流増幅器９を介して検
出する。この電流増幅器９の出力の変化からＴｅフィラ
メントが形成された領域を見分けることができる。但
し、この情報再生時の再生電圧は、発生する電界により
記録媒体が抵抗値変化を起こさない程度の大きさである
必要があり、本実施の形態の場合、記録される電圧のし
きい値は＋２Ｖであったため、それ以下の電圧を印加す
ることにより、情報の読み出しを行う必要があった。具
体的には、導電性探針３に電源８によって＋０．５Ｖの
直流電圧を印加し、記録媒体１の表面に接触させながら
相対速度２ｍｍ／ｓｅｃで移動させた。記録部１０では
１ｎＡ程度の電流が、その他の部分では１０ｐＡ程度の
電流が検出され、比較的高いＳＮ比での再生が可能であ
った。Next, an information reproducing method will be described. The resistance value is different between GeSb 2 Te 4 as a base material and a Te filament formed by applying a pulse voltage. Therefore, the recorded information can be read using the change in the resistance value. For example, the conductive probe 3 shown in FIG. 1 is brought into contact with the recording surface of the
A current flowing between the electrode and the electrode 5 is detected via a current amplifier 9. From the change in the output of the current amplifier 9, the region where the Te filament is formed can be identified. However, the reproducing voltage at the time of reproducing the information needs to be large enough not to cause a change in the resistance value of the recording medium due to the generated electric field. In the case of the present embodiment, the threshold value of the recorded voltage is Since it was +2 V, it was necessary to read information by applying a voltage lower than + 2V. Specifically, a DC voltage of +0.5 V was applied to the conductive probe 3 from the power supply 8 by the power supply 8, and the probe was moved at a relative speed of 2 mm / sec while making contact with the surface of the recording medium 1. A current of about 1 nA was detected in the recording unit 10 and a current of about 10 pA was detected in other parts, and reproduction at a relatively high SN ratio was possible.
【００１５】この方法で再生された記録部１０は、直径
約２０ｎｍの円であった。記録部１０がこの程度の大き
さの場合、１平方インチ当たり１テラビット程度の情報
記録が可能である。また、この記録部１０の大きさは、
電圧が印加される範囲、すなわち導電性探針３と記録媒
体１との接触面積に依存する。従って、導電性探針３の
先端の曲率半径を小さくすることにより、さらに高密度
記録が可能になる。The recording section 10 reproduced by this method was a circle having a diameter of about 20 nm. When the recording unit 10 has such a size, information recording of about 1 terabit per square inch is possible. The size of the recording unit 10 is
It depends on the voltage application range, that is, the contact area between the conductive probe 3 and the recording medium 1. Therefore, by reducing the radius of curvature of the tip of the conductive probe 3, higher density recording becomes possible.
【００１６】次に、記録媒体１に記録した情報を消去す
る方法について説明する。記録された情報は、記録時と
逆極性の電圧を印加することにより消去することができ
た。具体的には、導電性探針３に電源８によって−１Ｖ
の直流電圧を印加し、上記方法で情報を記録した記録媒
体１の表面に接触させながら相対速度２ｍｍ／ｓｅｃで
移動させた後、＋０．５Ｖの直流電圧で情報を再生し
た。情報の記録部１０では、抵抗値が増大し、消去前に
は１ｎＡ程度であった電流が、１０ｐＡ程度まで減少
し、記録前の電流値に戻り、情報が消去されることが確
認された。Next, a method for erasing information recorded on the recording medium 1 will be described. The recorded information could be erased by applying a voltage of the opposite polarity to that at the time of recording. Specifically, the power supply 8 applies a voltage of -1 V to the conductive probe 3.
Was applied at a relative speed of 2 mm / sec while contacting the surface of the recording medium 1 on which information was recorded by the above method, and then the information was reproduced at a DC voltage of + 0.5V. In the information recording unit 10, it was confirmed that the resistance value increased, the current which was about 1 nA before erasing decreased to about 10 pA, returned to the current value before recording, and the information was erased.
【００１７】次に、本実施の形態で用いた記録媒体１の
製造方法について説明する。記録媒体１の電極４は、絶
縁性基板１１表面に厚さ１００ｎｍのＰｔをスパッタ法
により作製した。微粒子分散薄膜５は、図２に示すスパ
ッタリング装置を用いて作製した。スパッタターゲット
にはＧｅＳｂ2Ｔｅ4ガラスターゲット１２とＴｅターゲ
ット１３を用いた。電極４を有する絶縁性基板１１は基
板ホルダ１４に固定され、これに直結した回転軸により
回転させることによって、ＧｅＳｂ2Ｔｅ4ガラスターゲ
ット１２またはＴｅターゲット１３のいずれかのターゲ
ット上方に持ってくることができる。絶縁性基板１１の
位置と各ターゲット上方での滞在時間とはコンピュータ
で制御されている。スパッタリング中のコンタミネーシ
ョンを防ぐため、各ターゲット周囲、およびその延長上
を覆う形のシールド板１５を設けている。スパッタリン
グガスにはアルゴンを用い、ガス導入口１６から流入さ
せ、ガス排出口１７を真空排気系に接続して、ガス圧を
１．０Ｐａとした。Next, a method for manufacturing the recording medium 1 used in the present embodiment will be described. The electrode 4 of the recording medium 1 was formed by sputtering Pt with a thickness of 100 nm on the surface of the insulating substrate 11. The fine particle-dispersed thin film 5 was produced using the sputtering apparatus shown in FIG. GeSb 2 Te 4 glass target 12 and Te target 13 were used as sputtering targets. The insulating substrate 11 having the electrode 4 is fixed to the substrate holder 14 and brought above one of the GeSb 2 Te 4 glass target 12 and the Te target 13 by being rotated by a rotation shaft directly connected to the substrate holder 14. Can be. The position of the insulating substrate 11 and the stay time above each target are controlled by a computer. In order to prevent contamination during sputtering, a shield plate 15 is provided so as to cover the periphery of each target and its extension. Argon was used as a sputtering gas, and gas was introduced from a gas inlet 16 and a gas outlet 17 was connected to a vacuum exhaust system, and the gas pressure was set to 1.0 Pa.
【００１８】まず、絶縁性基板１１をＧｅＳｂ2Ｔｅ4ガ
ラスターゲット１２の上で滞在させてアモルファス状態
のＧｅＳｂ2Ｔｅ4薄膜を堆積させた。次に、絶縁性基板
１１を回転させてＴｅターゲット１３の上で滞在させ
て、ＧｅＳｂ2Ｔｅ4薄膜上にＴｅ微粒子を作製した。こ
の方法で作製したＴｅ微粒子を透過型電子顕微鏡で断面
観察したところ、Ｔｅの平均粒径は５ｎｍであることが
わかった。このプロセスを数回繰り返し、アモルファス
状態のＧｅＳｂ2Ｔｅ4中にＴｅ微粒子が分散した厚さ２
０ｎｍの微粒子分散薄膜５を作製した。First, the insulating substrate 11 was allowed to stay on the GeSb 2 Te 4 glass target 12 to deposit an amorphous GeSb 2 Te 4 thin film. Next, the insulating substrate 11 was rotated and allowed to stay on the Te target 13 to produce Te fine particles on the GeSb 2 Te 4 thin film. When a cross section of the Te fine particles produced by this method was observed with a transmission electron microscope, it was found that the average particle diameter of Te was 5 nm. This process is repeated several times to obtain a thickness 2 in which Te fine particles are dispersed in amorphous GeSb 2 Te 4.
A fine particle dispersed thin film 5 of 0 nm was produced.
【００１９】上記の実施例では、電極４は、Ｐｔ薄膜を
用いたが、金属、半導体など用途に応じて各種導電性材
料を用いることができる。In the above embodiment, the electrode 4 is made of a Pt thin film, but various conductive materials such as metals and semiconductors can be used depending on the application.
【００２０】また、微粒子分散薄膜５は、絶縁性基板１
１をＧｅＳｂ2Ｔｅ4ガラスターゲット１２とＴｅターゲ
ット１３上に交互に滞在させる操作を繰り返すことによ
り作製したが、絶縁性基板１１を２つのターゲット１
２、１３の間の上方に設置し、ＧｅＳｂ2Ｔｅ4ガラスと
Ｔｅを同時にスパッタすることによってもＴｅ微粒子を
アモルファスＧｅＳｂ2Ｔｅ4中に分散した微粒子分散薄
膜５を作製することができた。The fine particle-dispersed thin film 5 is formed on the insulating substrate 1.
1 was manufactured by repeating the operation of alternately staying on the GeSb 2 Te 4 glass target 12 and the Te target 13.
Placed over between 2 and 13, it is possible to manufacture a fine particle dispersion film 5 containing dispersed Te particles in the amorphous GeSb 2 Te 4 by simultaneously sputtering GeSb 2 Te 4 glass and Te.
【００２１】また、微粒子分散薄膜５の母体材料と微粒
子材料は、本実施の形態に限られるものではなく、絶縁
体あるいは半導体の母体材料内に金属あるいは半導体の
微粒子を形成する組み合わせの材料であれば良い。特
に、微粒子分散薄膜５の母体材料としてカルコゲナイド
系のアモルファス材料を用い、微粒子材料としてＳ、Ｓ
ｅ、Ｔｅから選ばれる少なくとも１種類の元素を用いる
ことで、高速で安定した記録を達成できた。カルコゲナ
イド系のアモルファス材料は本実施の形態のＧｅ−Ｓｂ
−Ｔｅに限るものではなく、例えば、ＧｅＴｅ、ＧｅＴ
ｅＳｎ、ＳｂＴｅ、ＳｂＳｅ、ＳｎＴｅ、ＰｂＴｅ、Ｓ
ｂＳｅ、ＢｉＳｅ、ＧｅＳｅ、ＩｎＳｂＴｅ等を用いて
も同様に高速で安定した記録を達成できた。Further, the base material and the fine particle material of the fine particle-dispersed thin film 5 are not limited to the present embodiment, but may be any combination material that forms metal or semiconductor fine particles in an insulator or semiconductor base material. Good. In particular, a chalcogenide-based amorphous material is used as a base material of the fine particle-dispersed thin film 5, and S, S
By using at least one element selected from e and Te, high-speed and stable recording could be achieved. The chalcogenide-based amorphous material is Ge-Sb of the present embodiment.
Not limited to -Te, for example, GeTe, GeT
eSn, SbTe, SbSe, SnTe, PbTe, S
Similarly, high-speed and stable recording could be achieved by using bSe, BiSe, GeSe, InSbTe, or the like.
【００２２】また、微粒子分散薄膜５中の微粒子として
は、直径が１０ｎｍ以下、隣接する微粒子間隔が１０ｎ
ｍ以下とするのが、記録媒体の抵抗値の均一性や、微小
な記録ビットを形成する上で望ましいが、基本的には膜
厚以下にすることが重要である。The fine particles in the fine particle-dispersed thin film 5 have a diameter of 10 nm or less and an interval between adjacent fine particles of 10 n.
It is desirable that the thickness be equal to or less than m in order to make the resistance value of the recording medium uniform and to form minute recording bits.
【００２３】さらに、記録装置構成として、本実施の形
態では、ＡＦＭに用いられるカンチレバー先端部に取り
付けられた導電性探針を記録媒体に接触させて、記録、
再生および消去を行ったが、通常のＳＴＭで用いられる
導電性探針を用いて、記録媒体に接触させずに、１ｎｍ
程度の距離を保ちながら記録、再生および消去を行うこ
とも可能であった。この場合、記録媒体と導電性探針間
の距離制御はトンネル電流を検出して行うことが必要で
あった。Further, as a recording apparatus configuration, in the present embodiment, a conductive probe attached to the tip of a cantilever used in an AFM is brought into contact with a recording medium to record and execute recording.
Reproduction and erasing were performed, but using a conductive probe used in a normal STM, without contacting the recording medium, 1 nm
It was also possible to perform recording, reproduction and erasing while keeping the distance of the order. In this case, it is necessary to control the distance between the recording medium and the conductive probe by detecting the tunnel current.
【００２４】（実施の形態２）以下本発明実施の形態２
における情報記録媒体について、図３を参照しながら説
明する。図３は本実施の形態における情報記録媒体の断
面構成を示す概略図である。情報記録媒体は、ガラス基
板１８上に、Ａｕ／Ｃｒ薄膜電極１９を形成し、その表
面に、ＳｉＯ2中にＡｕ微粒子が分散された微粒子分散
薄膜２０が形成された構成である。(Embodiment 2) Hereinafter, Embodiment 2 of the present invention.
Will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the information recording medium according to the present embodiment. The information recording medium has a structure in which an Au / Cr thin film electrode 19 is formed on a glass substrate 18 and a fine particle-dispersed thin film 20 in which Au fine particles are dispersed in SiO 2 is formed on the surface thereof.
【００２５】Ａｕ／Ｃｒ薄膜電極１９は、ガラス基板１
８上に、厚さ１０ｎｍのＣｒ薄膜を真空蒸着後、厚さ１
００ｎｍのＡｕ薄膜を真空蒸着し作製した。また微粒子
分散薄膜２０は実施の形態１で用いた図２に示すスパッ
タリング装置において、スパッタターゲットに石英（Ｓ
ｉＯ2）ガラスターゲットとＡｕターゲットを用いて作
製した。Ａｕ／Ｃｒ薄膜電極１９を有するガラス基板１
８はヒーターを備えた基板ホルダに固定され、これに直
結した回転軸により回転させることによって、ＳｉＯ2
ターゲットまたはＡｕターゲットのいずれかのターゲッ
ト上方に持ってくることができる。基板温度を２００℃
として、交互にスパッタを行い、厚さ５０ｎｍの薄膜を
堆積させたところ、平均粒径５ｎｍのＡｕ微粒子が分散
されたＳｉＯ2膜を作製することができた。The Au / Cr thin film electrode 19 is
8 was vacuum-deposited with a 10 nm-thick Cr thin film,
An Au thin film of 00 nm was formed by vacuum evaporation. In the sputtering apparatus shown in FIG. 2 used in the first embodiment, quartz (S
iO 2 ) fabricated using a glass target and an Au target. Glass substrate 1 having Au / Cr thin film electrode 19
8 is fixed to a substrate holder provided with a heater, and is rotated by a rotating shaft directly connected to the substrate holder to form SiO 2.
It can be brought above either the target or the Au target. 200 ° C substrate temperature
The sputtering was performed alternately to deposit a thin film having a thickness of 50 nm. As a result, a SiO 2 film in which Au fine particles having an average particle diameter of 5 nm were dispersed was able to be produced.
【００２６】このようにして製造した情報記録媒体に実
施の形態１に示す方法で記録を行ったところ、抵抗値が
変化し、情報を記録することが可能であった。これは電
圧を導電性探針から印加することによって、Ａｕのフィ
ラメントが微粒子分散薄膜２０中に形成されることが原
因と考えられる。When recording was performed on the information recording medium manufactured in this manner by the method described in Embodiment 1, the resistance value changed, and information could be recorded. This is considered to be because Au filaments are formed in the fine particle-dispersed thin film 20 by applying a voltage from the conductive probe.
【００２７】本実施の形態では、薄膜電極１９は、Ａｕ
／Ｃｒ薄膜を用いたが、金属、半導体など用途に応じて
各種導電性材料を用いることができる。但し上記のよう
にＣｒを用いた場合、Ａｕとの密着性に優れ有効であ
る。In this embodiment, the thin film electrode 19 is made of Au
Although the / Cr thin film was used, various conductive materials such as metals and semiconductors can be used depending on the application. However, when Cr is used as described above, the adhesion to Au is excellent and effective.
【００２８】また、ガラス基板１８を２つのターゲット
の間の上方に設置し、Ａｕと絶縁物を同時にスパッタす
ることによってもＡｕ微粒子を電気絶縁性物質中に分散
した微粒子分散薄膜２０を作製することができた。Further, a fine particle-dispersed thin film 20 in which Au fine particles are dispersed in an electrically insulating material is also produced by placing a glass substrate 18 above between two targets and simultaneously sputtering Au and an insulator. Was completed.
【００２９】さらに、微粒子分散薄膜２０は、絶縁体あ
るいは半導体中に金属あるいは半導体の微粒子が分散さ
れた構成の材料であれば良い。とりわけ、微粒子として
は熱的、化学的に安定な材料である貴金属などを用いる
ことが望ましい。というのは、熱的や化学的に安定な元
素を用いた場合に素子の経時劣化を少なくすることがで
きるからである。Further, the fine particle-dispersed thin film 20 may be a material having a structure in which fine particles of metal or semiconductor are dispersed in an insulator or semiconductor. In particular, it is desirable to use a noble metal, which is a thermally and chemically stable material, as the fine particles. This is because when a thermally or chemically stable element is used, deterioration of the element over time can be reduced.
【００３０】また、母体材料となる絶縁体および半導体
の材料は酸化物、窒化物、有機材料など、導電性が低い
材料であればよく、特にＳｉＯ2、窒化珪素（Ｓｉ
3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ハフニ
ウム（ＨｆＯ2）を用いると耐食性に優れた情報記録媒
体を製造できた。これらの物質は、酸化物や窒化物をス
パッタリングして作製できるが、珪素やアルミニウムな
どの半導体材料や金属材料を酸素や窒素を含む雰囲気中
でスパッタリングすることによっても作製することがで
きた。The material of the insulator and the semiconductor as the base material may be any material having low conductivity, such as an oxide, a nitride, and an organic material. In particular, SiO 2 , silicon nitride (Si
Using 3N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), titanium oxide (TiO 2 ), and hafnium oxide (HfO 2 ), an information recording medium excellent in corrosion resistance could be manufactured. These materials can be manufactured by sputtering oxides or nitrides, but can also be manufactured by sputtering a semiconductor material or a metal material such as silicon or aluminum in an atmosphere containing oxygen or nitrogen.
【００３１】なお、Ａｕターゲットを、アルミニウム
（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、ク
ロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバル
ト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚ
ｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素
（Ａｓ）、セレン（Ｓｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀
（Ａｇ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）、
錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、白
金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、または鉛（Ｐｂ）から選ばれ
た少なくとも１種の金属あるいは半導体のターゲットに
代えて作製しても、同様の粒径１０ｎｍ以下の金属ある
いは半導体の微粒子が均一に分散した情報記録媒体が得
られた。The Au target is made of aluminum (Al), silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Z
n), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), selenium (Se), palladium (Pd), silver (Ag), cadmium (Cd), indium (In),
It can be manufactured in place of at least one metal or semiconductor target selected from tin (Sn), antimony (Sb), tellurium (Te), platinum (Pt), gold (Au), or lead (Pb). As a result, an information recording medium in which metal or semiconductor fine particles having the same particle size of 10 nm or less were uniformly dispersed was obtained.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下のような効果が得られる。まず、導電性材料からな
る電極と、絶縁体あるいは半導体からなる母体材料中
に、金属あるいは半導体からなる微粒子が分散された薄
膜とで構成される情報記録媒体に、導電性探針から電圧
を印加することにより、薄膜中に金属あるいは半導体の
フィラメントが形成され、抵抗値が減少する。したがっ
てこの現象利用することで、情報を記録することができ
る。また、この局所的な抵抗値変化領域は、直径が数１
０ｎｍ程度であり、１平方インチあたり１Ｔビットの記
録が可能となる。また、記録媒体中に微粒子を分散させ
ることで、低電圧印加でもフィラメントが形成されやす
く、その結果、記録速度の高速化も可能である。さら
に、この記録方式では、記録媒体の表面形状が変化しな
いために、再生速度が導電性探針の共振周波数に律速さ
れずに、高速再生も可能である。As described above, according to the present invention,
The following effects can be obtained. First, a voltage is applied from a conductive probe to an information recording medium composed of an electrode made of a conductive material and a thin film in which fine particles made of a metal or a semiconductor are dispersed in a base material made of an insulator or a semiconductor. As a result, a metal or semiconductor filament is formed in the thin film, and the resistance value decreases. Therefore, information can be recorded by utilizing this phenomenon. This local resistance value change region has a diameter of
This is about 0 nm, which enables recording of 1 T bit per square inch. Further, by dispersing the fine particles in the recording medium, a filament is easily formed even when a low voltage is applied, and as a result, the recording speed can be increased. Furthermore, in this recording method, since the surface shape of the recording medium does not change, high-speed reproduction is possible without limiting the reproduction speed to the resonance frequency of the conductive probe.
【００３３】以上説明したように、本発明によれば、従
来の情報記録装置に比べ、高速での記録・再生が可能
で、しかも低電圧で動作可能な安定性に優れた情報記録
装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, there is provided an information recording apparatus which can record / reproduce at a higher speed than a conventional information recording apparatus and which can operate at a low voltage and has excellent stability. can do.
【図１】本発明に係る情報記録装置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an information recording apparatus according to the present invention.
【図２】本発明の係るスパッタリング装置の構成図FIG. 2 is a configuration diagram of a sputtering apparatus according to the present invention.
【図３】本発明に係る情報記録媒体の断面構成の概略図FIG. 3 is a schematic diagram of a cross-sectional configuration of an information recording medium according to the present invention.
【符号の説明】 １ 記録媒体 ２ カンチレバー ３ 導電性探針 ４ 電極 ５，２０ 微粒子分散薄膜 ６ 金薄膜 ７ アクチュエータ ８ 電源 ９ 電流増幅器 １０ 記録部 １１ 絶縁性基板 １２ ＧｅＳｂ2Ｔｅ4ガラスターゲット １３ Ｔｅターゲット １４ 基板ホルダ １５ シールド板 １６ ガス導入口 １７ ガス排出口 １８ ガラス基板 １９ Ａｕ／Ｃｒ薄膜電極[Description of Signs] 1 Recording medium 2 Cantilever 3 Conductive probe 4 Electrode 5, 20 Fine particle dispersed thin film 6 Gold thin film 7 Actuator 8 Power supply 9 Current amplifier 10 Recording unit 11 Insulating substrate 12 GeSb 2 Te 4 Glass target 13 Te target 14 Substrate holder 15 Shield plate 16 Gas inlet 17 Gas outlet 18 Glass substrate 19 Au / Cr thin film electrode
フロントページの続き (72)発明者 榊間 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Sakaki 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (20)
は半導体からなる母体材料中に、金属あるいは半導体か
らなる微粒子が分散された薄膜とで構成されていること
を特徴とする情報記録媒体。An information recording medium comprising: an electrode made of a conductive material; and a thin film in which fine particles made of a metal or a semiconductor are dispersed in a base material made of an insulator or a semiconductor.
が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の
情報記録媒体。2. The information recording medium according to claim 1, wherein the diameter of the fine particles made of metal or semiconductor is 10 nm or less.
する微粒子との間隔が１０ｎｍ以下であることを特徴と
する請求項１記載の情報記録媒体。3. The information recording medium according to claim 1, wherein the distance between the metal or semiconductor fine particles and the adjacent fine particles is 10 nm or less.
が、カルコゲナイド系のアモルファス材料で構成され、
金属あるいは半導体からなる微粒子が、硫黄（Ｓ）、セ
レン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）の中から選ばれた少なく
とも１種類の元素を含む構成であることを特徴とする請
求項１記載の情報記録媒体。4. A base material comprising an insulator or a semiconductor, comprising a chalcogenide-based amorphous material,
2. The information recording apparatus according to claim 1, wherein the fine particles made of metal or semiconductor include at least one element selected from sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te). Medium.
が、酸化物または窒化物で構成されていることを特徴と
する請求項１記載の情報記録媒体。5. The information recording medium according to claim 1, wherein the base material made of an insulator or a semiconductor is made of an oxide or a nitride.
いは半導体からなる母体材料と金属あるいは半導体から
なる微粒子材料とを交互に堆積させることにより、前記
母体材料中に前記微粒子が分散された薄膜を形成するこ
とを特徴とする情報記録媒体の製造方法。6. The fine particles are dispersed in the base material by alternately depositing a base material made of an insulator or a semiconductor and a fine particle material made of a metal or a semiconductor on an electrode made of a conductive material. A method for manufacturing an information recording medium, comprising forming a thin film.
いは半導体からなる母体材料と金属あるいは半導体から
なる微粒子材料とを同時に堆積させることにより、前記
母体材料中に前記微粒子が分散された薄膜を形成するこ
とを特徴とする情報記録媒体の製造方法。7. A thin film in which said fine particles are dispersed in said base material by simultaneously depositing a base material made of an insulator or a semiconductor and a fine particle material made of a metal or a semiconductor on an electrode made of a conductive material. Forming an information recording medium.
は半導体からなる母体材料中に、金属あるいは半導体か
らなる微粒子が分散された薄膜とで構成されている情報
記録媒体の前記薄膜表面に、導電性探針の先端を接近又
は接触させ、前記電極と前記導電性探針間に電圧を印加
し、前記薄膜の抵抗値を変化させて情報を記録すること
を特徴とする情報記録方法。8. An information recording medium comprising: an electrode made of a conductive material; and a thin film in which fine particles made of a metal or a semiconductor are dispersed in a base material made of an insulator or a semiconductor. An information recording method, comprising: bringing a tip of a conductive probe close to or in contact with the conductive probe, applying a voltage between the electrode and the conductive probe, and changing the resistance value of the thin film to record information.
を印加しながら、前記導電性探針を前記情報記録媒体表
面に沿って相対的に移動し、流れる電流を検出すること
により抵抗値の変化した領域を検出し、前記情報記録媒
体に記録された情報を再生することを特徴とする請求項
８記載の情報記録方法。9. A method in which a voltage is applied between an electrode of an information recording medium and a conductive probe, the conductive probe relatively moves along the surface of the information recording medium, and a flowing current is detected. 9. The information recording method according to claim 8, wherein an area in which the resistance value has changed is detected, and the information recorded on the information recording medium is reproduced.
情報記録時に印加した電圧と逆極性の電圧を印加し、前
記情報記録媒体に記録された情報を消去することを特徴
とする請求項８記載の情報記録方法。10. An information recording medium comprising: an electrode between an electrode and a conductive probe;
9. The information recording method according to claim 8, wherein a voltage having a polarity opposite to a voltage applied during information recording is applied to erase information recorded on the information recording medium.
径が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８記載
の情報記録方法。11. The information recording method according to claim 8, wherein the diameter of the fine particles made of metal or semiconductor is 10 nm or less.
接する微粒子との間隔が１０ｎｍ以下であることを特徴
とする請求項８記載の情報記録方法。12. The information recording method according to claim 8, wherein a distance between a fine particle made of a metal or a semiconductor and an adjacent fine particle is 10 nm or less.
が、カルコゲナイド系のアモルファス材料で構成され、
金属あるいは半導体からなる微粒子が、硫黄（Ｓ）、セ
レン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）の中から選ばれた少なく
とも１種類の元素を含む構成であることを特徴とする請
求項８記載の情報記録方法。13. A host material comprising an insulator or a semiconductor, comprising a chalcogenide-based amorphous material,
9. The information recording apparatus according to claim 8, wherein the fine particles made of metal or semiconductor include at least one element selected from sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te). Method.
が、酸化物または窒化物で構成されていることを特徴と
する請求項８記載の情報記録方法。14. The information recording method according to claim 8, wherein the base material made of an insulator or a semiconductor is made of an oxide or a nitride.
いは半導体からなる母体材料中に、金属あるいは半導体
からなる微粒子が分散された薄膜とで構成されている情
報記録媒体および導電性探針を有し、前記情報記録媒体
表面に沿って前記導電性探針を相対的に移動させる手段
と、前記情報記録媒体の電極と前記導電性探針間に電圧
を印加する手段と、前記情報記録媒体の電極と前記導電
性探針間に流れる電流を検出する手段とを有することを
特徴とする情報記録装置。15. An information recording medium and a conductive probe comprising an electrode made of a conductive material and a thin film in which fine particles made of a metal or a semiconductor are dispersed in a base material made of an insulator or a semiconductor. Means for relatively moving the conductive probe along the surface of the information recording medium, means for applying a voltage between an electrode of the information recording medium and the conductive probe, and the information recording medium An information recording device comprising: means for detecting a current flowing between the electrode and the conductive probe.
られていることを特徴とする請求項１５記載の情報記録
装置。16. The information recording apparatus according to claim 15, wherein the conductive probe is provided at a tip of the cantilever.
径が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１５記
載の情報記録装置。17. The information recording apparatus according to claim 15, wherein the diameter of the fine particles made of metal or semiconductor is 10 nm or less.
接する微粒子との間隔が１０ｎｍ以下であることを特徴
とする請求項１５記載の情報記録装置。18. The information recording apparatus according to claim 15, wherein the distance between the metal or semiconductor fine particles and the adjacent fine particles is 10 nm or less.
が、カルコゲナイド系のアモルファス材料で構成され、
金属あるいは半導体からなる微粒子が、硫黄（Ｓ）、セ
レン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）の中から選ばれた少なく
とも１種類の元素を含む構成であることを特徴とする請
求項１５記載の情報記録装置。19. A host material made of an insulator or a semiconductor is made of a chalcogenide-based amorphous material,
16. The information recording according to claim 15, wherein the fine particles made of a metal or a semiconductor include at least one element selected from sulfur (S), selenium (Se), and tellurium (Te). apparatus.
が、酸化物または窒化物で構成されていることを特徴と
する請求項１５記載の情報記録装置。20. The information recording apparatus according to claim 15, wherein the base material made of an insulator or a semiconductor is made of an oxide or a nitride.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26152296A JPH10106053A (en) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | Information recording medium and its manufacture, and method and device for recording information using the medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26152296A JPH10106053A (en) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | Information recording medium and its manufacture, and method and device for recording information using the medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10106053A true JPH10106053A (en) | 1998-04-24 |
Family
ID=17363079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26152296A Pending JPH10106053A (en) | 1996-10-02 | 1996-10-02 | Information recording medium and its manufacture, and method and device for recording information using the medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10106053A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100389903B1 (en) * | 2000-12-01 | 2003-07-04 | 삼성전자주식회사 | Mass data storage and the method of writing and reading therof by contact resitance measurement |
| JP2007185764A (en) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Method for fabricating inorganic nanocomposite |
-
1996
- 1996-10-02 JP JP26152296A patent/JPH10106053A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100389903B1 (en) * | 2000-12-01 | 2003-07-04 | 삼성전자주식회사 | Mass data storage and the method of writing and reading therof by contact resitance measurement |
| JP2007185764A (en) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Method for fabricating inorganic nanocomposite |
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