JPWO2010041373A1 - 情報記録媒体とその製造方法、及びスパッタリングターゲット - Google Patents

情報記録媒体とその製造方法、及びスパッタリングターゲット Download PDF

Info

Publication number
JPWO2010041373A1
JPWO2010041373A1 JP2010532781A JP2010532781A JPWO2010041373A1 JP WO2010041373 A1 JPWO2010041373 A1 JP WO2010041373A1 JP 2010532781 A JP2010532781 A JP 2010532781A JP 2010532781 A JP2010532781 A JP 2010532781A JP WO2010041373 A1 JPWO2010041373 A1 JP WO2010041373A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
recording layer
layer
point
recording medium
information recording
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010532781A
Other languages
English (en)
Inventor
西原　孝史
孝史 西原
理恵 児島
理恵 児島
山田　昇
昇 山田
利之 松永
利之 松永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Publication of JPWO2010041373A1 publication Critical patent/JPWO2010041373A1/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/56—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • G11C11/5678—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency using amorphous/crystalline phase transition storage elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0623—Sulfides, selenides or tellurides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/243—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising inorganic materials only, e.g. ablative layers
    • G11B7/2433—Metals or elements of Groups 13, 14, 15 or 16 of the Periodic Table, e.g. B, Si, Ge, As, Sb, Bi, Se or Te
    • 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
    • G11B9/04—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using record carriers having variable electric resistance; Record carriers therefor
    • 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
    • G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
    • G11B9/149—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the memorising material or structure
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0004—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising amorphous/crystalline phase transition cells
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
    • H10N70/021—Formation of switching materials, e.g. deposition of layers
    • H10N70/026—Formation of switching materials, e.g. deposition of layers by physical vapor deposition, e.g. sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/821—Device geometry
    • H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881—Switching materials
    • H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8828—Tellurides, e.g. GeSbTe
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/243—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising inorganic materials only, e.g. ablative layers
    • G11B2007/24302—Metals or metalloids
    • G11B2007/24312—Metals or metalloids group 14 elements (e.g. Si, Ge, Sn)
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/243—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising inorganic materials only, e.g. ablative layers
    • G11B2007/24302—Metals or metalloids
    • G11B2007/24314—Metals or metalloids group 15 elements (e.g. Sb, Bi)
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/241—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material
    • G11B7/242—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers
    • G11B7/243—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material characterised by the selection of the material of recording layers comprising inorganic materials only, e.g. ablative layers
    • G11B2007/24302—Metals or metalloids
    • G11B2007/24316—Metals or metalloids group 16 elements (i.e. chalcogenides, Se, Te)
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B7/0045—Recording
    • G11B7/00454—Recording involving phase-change effects
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B7/006—Overwriting
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/24—Record carriers characterised by shape, structure or physical properties, or by the selection of the material
    • G11B7/26—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of record carriers
    • G11B7/266—Sputtering or spin-coating layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • G11C2013/0078—Write using current through the cell
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • G11C2013/0092—Write characterized by the shape, e.g. form, length, amplitude of the write pulse
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B63/00—Resistance change memory devices, e.g. resistive RAM [ReRAM] devices
    • H10B63/80—Arrangements comprising multiple bistable or multi-stable switching components of the same type on a plane parallel to the substrate, e.g. cross-point arrays

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)
  • Manufacturing Optical Record Carriers (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

本発明の情報記録媒体は、電気的エネルギーの印加によって相変化を生じ得る記録層を備える。前記記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含む。前記材料は、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。

Description

本発明は、電気的エネルギーの印加によって情報を記録、消去、書き換え、及び／又は再生する情報記録媒体とその製造方法、並びにスパッタリングターゲットに関するものである。
電気的エネルギーの印加により発生するジュール熱で記録層の相変化材料を状態変化させることによって情報を記録する電気的相変化形情報記録媒体の概念は、例えば菊池誠監修の「アモルファス半導体の基礎」（１９８２年、オーム社）の第８章（１７５−１７８頁）に示されている。この電気的相変化形情報記録媒体は、電流の印加により発生するジュール熱によって、記録層を構成する相変化材料を結晶相（低抵抗）と非晶質相（高抵抗）との間で状態変化させ、結晶相と非晶質相との間の電気抵抗の違いを検出して情報として読みとるものである。電極に挟み込んだ非晶質相の記録層薄膜に電流を徐々に流していくと、ある閾電流（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）で記録層薄膜が結晶相に相変化し、電気抵抗が急激に低下する。また、結晶相の記録層薄膜に短時間幅の大電流パルスを印加することによって、記録層薄膜を溶融・急冷して高抵抗の非晶質相に戻すこともできる。このように、相変化材料によって形成された記録層を電極間に配置して、書き換え可能な情報記録媒体として用いることができる。結晶相と非晶質相との間の電気抵抗の違いは、通常の電気的手段によって簡単に検出可能であるから、このような記録層を用いることによって書き換え可能な情報記録媒体が得られる。また、上記の結晶相、非晶質相の状態は、電気的接続を遮断しても保持されるため、不揮発性の情報記録媒体として情報を保存することが可能である。
電気的相変化形情報記録媒体の記録層には、擬二元系のＧｅＴｅ−Ｓｂ2Ｔｅ3系材料が用いられており、特にＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5組成が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。これらの材料は光学的情報記録媒体用に開発された材料で（例えば、特許文献２参照）、数１０ｎｓオーダーの高速結晶化が可能な材料であり、結晶相と非晶質相との間の比抵抗の変化が大きいことから、電気的情報記録媒体にも広く用いられるようになった。
特許第３４５４８２１号公報 特公平８−３２４８２号公報
電気的相変化形情報記録媒体の記録層に広く用いられている、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5の組成で表される材料は、その結晶化温度が約１８０℃である。この結晶化温度は、半導体の製造工程の熱処理温度や、段差形状部分の被覆性（ステップカバレッジ）が良く緻密な膜を形成するのに適したプラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、プラズマＣＶＤ法）での成膜時の温度（約２５０℃以上）に比べて低い。このような材料によって形成された記録層は、成膜直後は高抵抗の非晶質相であるが、記録層成膜後の工程で２００℃以上の高温にさらされた場合、低抵抗の結晶相に相変化してしまう。したがって、記録層を成膜した後に電気配線用の金属膜や絶縁膜を形成する場合、２００℃以上の高温状態での保持が必要な製造方法を選択すると、製造後の電気的相変化形情報記録媒体の記録層は、低抵抗状態の結晶相になっていることになる。同一平面内に、マトリクス状にセルを並べて集積化する場合、記録層が高抵抗の非晶質相であるならば、各セルを電気的に独立に制御することが可能なため、セルごとに記録層が独立するように、記録層を物理的に分断する必要はない。すなわち、各セルを構成する記録層を連続する一つの膜の状態で設けることができるので、記録層をセルごとに分断する工程は必要ない。一方、記録層が低抵抗の結晶相であるならば、そのままでは（各セルを構成する記録層が連続する一つの膜となっている状態では）各セルを電気的に独立に制御することができなくなる。そのため、フォトリソグラフィー法等を用いて、それぞれのセルを構成する記録層を物理的に分断しなければならず、記録層をセルごとに分断する工程を別途設ける必要がある。ここで、記録層の結晶化温度が、当該記録層が成膜後の工程においてさらされる温度未満（ここでは、例えば２５０℃未満）の場合と、その温度以上（ここでは、例えば２５０℃以上）の場合の電気的情報記録媒体の製造工程の工程図を、図１０Ａ及び図１０Ｂにそれぞれ示す。記録層の結晶化温度が約１８０℃のＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5の組成で表される材料を用いる場合には、記録層の成膜後に新たな工程を設ける必要があることがわかる。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、結晶化温度が３００℃程度まで向上した記録材料を実現して、初期状態において記録層を安定的に非晶質相とすることによって、より簡易な製造方法で作製することが可能な電気的相変化形情報記録媒体を提供することを目的とする。
本発明の情報記録媒体は、電気的エネルギーの印加によって情報を記録し得る情報記録媒体であって、電気的エネルギーの印加によって相変化を生じ得る記録層を備え、前記記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含み、前記材料が、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法は、記録層を成膜する工程を少なくとも含み、前記工程において成膜された記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含み、前記材料が、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。
また、本発明のスパッタリングターゲットは、上記本発明の情報記録媒体の製造方法において、記録層を成膜する工程で用いられるスパッタリングターゲットであって、（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a3Ｓｂa3（原子％）（但し、ａ３は、２８≦ａ３≦４８を満たす。）の式で表される組成を有する。
本発明の情報記録媒体によれば、記録層の結晶化温度を向上させることができるので、記録層の初期状態を非晶質相とできる。これにより、簡易な製造方法での情報記録媒体の作製が可能となる。また、本発明の情報記録媒体の製造方法及びスパッタリングターゲットによれば、本発明の情報記録媒体を容易に製造することができる。
図１は、本発明の情報記録媒体の記録層に用いられる材料の組成範囲を示す三角図である。 図２は、本発明の実施の形態１における情報記録媒体、及び電気的情報記録再生装置の構成の一部を模式的に示す図である。 図３は、本発明の大容量の電気的情報記録媒体の構成の一部を模式的に示す図である。 図４は、本発明の電気的情報記録媒体とその記録再生システムの構成の一部を模式的に示す図である。 図５は、本発明の電気的情報記録媒体に適用される記録・消去パルス波形の一例を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態２における情報記録媒体、及び電気的情報記録再生装置の構成の一部を模式的に示す図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の電気的情報記録媒体に適用される記録・消去パルス波形の一例を示す図である。 図８は、本発明の情報記録媒体を製造するスパッタリング装置の一部を模式的に示す図である。 図９は、本発明の実施の形態４における光学的情報記録媒体の層構成の一例を示す一部断面図である。 図１０Ａは、結晶化温度が低い記録材料を用いた場合の電気的情報記録媒体の製造工程の一部を示すフローチャートであり、図１０Ｂは、結晶化温度が高い記録材料を用いた場合の電気的情報記録媒体の製造工程の一部を示すフローチャートである。
本発明の情報記録媒体は、電気的エネルギーの印加によって情報を記録し得る情報記録媒体であって、電気的エネルギーの印加によって相変化を生じ得る記録層を備え、前記記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含み、前記材料が、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。本明細書において、以下、前記材料を、「材料Ｘ」と記載する場合がある。
本発明における記録層は、材料Ｘを主成分として含んでいればよく、本発明が目的としている効果が得られる範囲内であれば、Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｇ，Ｇａ，Ｉｎ等の元素が不純物として微量に混入していてもよい。また、記録層は、結晶化速度等を調整する目的で、後述する添加元素をさらに含むことも可能である。また、記録層は、材料Ｘのみから形成されていてもよい。
なお、本明細書において、「記録層が、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料Ｘを主成分として含む」とは、記録層に含まれる全ての原子の合計を１００原子％とした場合に、前記材料Ｘを構成する全ての原子の合計が９５原子％以上、好ましくは９８原子％以上であることをいう。
また、本発明の情報記録媒体において、材料Ｘが、下記の式（１）：
（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％） （１）
（但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）で表される組成を有してもよい。記録層がこのような材料を含むことにより、記録層の結晶化温度をさらに向上させることができる。
また、本発明の情報記録媒体において、材料ＸにおけるＳｂの一部がＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも何れか一つの元素）で置き換えられ、且つ材料Ｘに含まれるＭ１が材料Ｘ全体の５原子％以下となるようにしてもよい。ＳｂをＭ１で置き換えることにより、記録層の結晶化速度を調整することができる。なお、本明細書において、「材料Ｘに含まれるＭ１が、材料Ｘ全体の５原子％以下」とは、材料Ｘに含まれる全ての原子の合計を１００原子％とした場合に、材料Ｘに含まれるＭ１の原子の合計が５原子％以下であることをいう。
また、本発明の情報記録媒体において、前記材料ＸにおけるＧｅの一部がＳｎで置き換えられ、且つ前記材料Ｘに含まれるＳｎが前記材料Ｘ全体の１０原子％以下となるようにしてもよい。ＧｅをＳｎで置き換えることにより、記録層の結晶化速度を調整することができる。なお、本明細書において、「材料Ｘに含まれるＳｎが、材料Ｘ全体の１０原子％以下」とは、材料Ｘに含まれる全ての原子の合計を１００原子％とした場合に、材料Ｘに含まれるＳｎ原子の合計が１０原子％以下であることをいう。
また、本発明の情報記録媒体において、記録層が、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素（添加元素）を含んでもよい。これらの元素が添加されることにより、記録層の結晶化速度や比抵抗を調整することができる。
また、本発明の情報記録媒体において、記録層の厚さが５０ｎｍから３００ｎｍの範囲内であってもよい。このことにより、記録層の結晶相と非晶質相との間の相変化を円滑に行うことができる。
また、本発明の情報記録媒体において、ｎ個（但し、ｎは２以上の整数。）の情報層を備え、情報層の少なくとも一つが上述の記録層を含んでもよい。このことにより、複数の情報層が設けられた情報記録媒体についても、簡易な方法で製造できる。さらに、各情報層で用いる記録層の結晶化温度の差を大きくし、低い温度で結晶化する記録層を選択的に結晶化させることが可能となる。記録層の選択的な結晶化が可能となることにより、何れかの記録層が結晶化した状態をより容易な動作で（複雑な消去波形を必要とせずに）実現できる。
また、本発明の情報記録媒体が、記録層の少なくとも一方の面に接して配置された界面層と、前記界面層に対して前記記録層と反対側に配置された電極と、をさらに備えていてもよい。この場合、界面層は、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物及び弗化物から選ばれる少なくとも何れか一つの化合物を含むことができる。例えば、界面層は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＳｉから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｇａ、Ｉｎ、及びＣｒから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｏとを含んでもよい。このような界面層は、記録層との密着性が高く、電極と記録層との間の物質移動を抑制できる。これにより、誤動作が少ない情報記録媒体を得ることができる。
また、本発明の情報記録媒体において、界面層の厚さが１ｎｍから５ｎｍの範囲内にあってもよい。このことにより、記録層と界面層との密着性と、記録層と界面層との電気的な接続とを両立することができる。
次に、本発明の情報記録媒体の製造方法について説明する。本発明の情報記録媒体の製造方法は、記録層を成膜する工程を少なくとも含む。この工程において成膜された記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ、及びＳｂから成る材料Ｘを主成分として含み、前記材料Ｘが、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法において、記録層を成膜する工程で成膜された記録層に含まれる材料Ｘが、下記の式（２）：
（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a2Ｓｂa2（原子％） （２）
（但し、ａ２は、３０≦ａ２≦５０を満たす。）で表される組成を有してもよい。このことにより、記録層の結晶化温度がさらに向上した情報記録媒体を作製することができる。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法では、記録層を成膜する工程で成膜された記録層に含まれる材料Ｘにおいて、Ｓｂの一部がＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素）で置き換えられ、且つ材料Ｘに含まれるＭ１が材料Ｘ全体の５原子％以下となるようにしてもよい。このことにより、記録層の結晶化速度が調整された情報記録媒体を作製することができる。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法では、記録層を成膜する工程で成膜された記録層に含まれる材料Ｘにおいて、Ｇｅの一部がＳｎで置き換えられ、且つ材料Ｘに含まれるＳｎが材料Ｘ全体の１０原子％以下となるようにしてもよい。このことにより、記録層の結晶化速度が調整された情報記録媒体を作製することができる。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法において、記録層を成膜する工程で成膜された記録層が、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を含んでもよい。このことにより、記録層の結晶化温度や比抵抗が調整された情報記録媒体を作製することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は一例であり、本発明は以下の実施の形態に限定されない。また、以下の実施の形態では、同一の部分については同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
（実施の形態１）
実施の形態１として、本発明の情報記録媒体の一例を説明する。実施の形態１の電気的情報記録媒体１の一構成例を図２に示す。電気的情報記録媒体１は、電気的エネルギー（特に電流）の印加によって情報の記録再生が可能な情報記録媒体である。
電気的情報記録媒体１は、基板８上に、下部電極９、第１界面層１１、記録層１３、第２界面層１２及び上部電極１０が順に積層された構造を有する。下部電極９及び上部電極１０は、記録層１３に電流を印加するために設けられている。第１界面層１１及び第２界面層１２は、繰り返し記録によって、下部電極９及び上部電極１０と、記録層１３との間で生じる物質移動を防止する働きを有する。また、第１界面層１１及び第２界面層１２は、記録層１３の結晶化を促進又は抑制する結晶化能を調整する働きも有する。さらに、第１界面層１１及び第２界面層１２は、記録層１３との密着性の高い材料によって形成されることにより、誤動作を抑制し信頼性を確保することができる。また、第１界面層１１及び第２界面層１２は、記録層１３を効率よく昇温させるために、電流の印加により効果的に発熱する働きも有する。以下、それぞれの構成要素について、具体的に説明する。
基板８として、ポリカーボネート等の樹脂基板、ガラス基板、Ａｌ2Ｏ3等のセラミック基板、Ｓｉ等の各種半導体基板、及びＣｕ等の各種金属基板を用いることができる。ここでは、基板としてＳｉ基板を用いた場合について説明する。
第１界面層１１及び第２界面層１２の材料として、例えばＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ2及びＴｅＯ2等から選ばれる１又は複数の酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ及びＧｅ−Ｃｒ−Ｎ等から選ばれる１又は複数の窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳ等の硫化物、ＳｉＣ等の炭化物、ＬａＦ3及びＣｅＦ3等の弗化物、及びＣを、第１界面層１１及び第２界面層１２の材料として用いることもできる。また、上記材料から選ばれる１又は複数の材料の混合物を用いて、第１界面層１１及び第２界面層１２を形成することもできる。その中でも、特に、ＣｒとＯを含む材料は、記録層１３の結晶化をより促進するため好ましい。その中でも、ＣｒとＯがＣｒ2Ｏ3を形成した酸化物が、好ましい材料である。Ｃｒ2Ｏ3は記録層１３との密着性が良い材料であることによる。
また、第１界面層１１及び第２界面層１２の材料として、特にＩｎとＯを含む材料を用いることもできる。その中でも、ＩｎとＯがＩｎ2Ｏ3を形成した酸化物が、好ましい材料である。Ｉｎ2Ｏ3は記録層１３との密着性が良い材料であることによる。
また、第１界面層１１及び第２界面層１２の材料として、特にＧａとＯを含む材料を用いることもできる。その中でも、ＧａとＯがＧａ2Ｏ3を形成した酸化物が、好ましい材料である。Ｇａ2Ｏ3は記録層１３との密着性が良い材料であることによる。
また、第１界面層１１及び第２界面層１２には、ＣｒとＯ、ＧａとＯ、及び／又は、ＩｎとＯの他に、Ｚｒ、Ｈｆ及びＹから選ばれる少なくとも一つの元素をさらに含んでもよく、当該元素は酸化物として含まれることがより好ましい。ＺｒＯ2及びＨｆＯ2は、透明で、融点が約２７００から２８００℃と高く、且つ酸化物の中では熱伝導率が低い材料で、情報記録媒体の繰り返し書き換え性能を良くする。また、Ｙ2Ｏ3は透明な材料で、且つＺｒＯ2及びＨｆＯ2を安定化させる働きをする。また、この３種類の酸化物の何れか１つ又は複数を、ＣｒとＯ、ＧａとＯ、及び／又は、ＩｎとＯ、に混合することによって、第１界面層１１及び第２界面層１２を、記録層１３と部分的に又は全体的に接して形成しても、繰り返し書き換え性能に優れ、信頼性の高い情報記録媒体１を実現できる。
記録層１３との密着性を確保するため、第１界面層１１及び第２界面層１２における、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＩｎ2Ｏ3の含有量の合計は、１０ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
第１界面層１１及び第２界面層１２には、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＯの他に、さらにＳｉを含む材料を用いてもよい。Ｓｉを、例えばＳｉＯ2として第１界面層１１及び第２界面層１２内に含ませることにより、第１界面層１１及び第２界面層１２が記録時の熱によって結晶化しにくくなり、繰り返し書き換え性能に優れた情報記録媒体１を実現できる。このような効果を十分に得るために、第１界面層１１及び第２界面層１２中のＳｉＯ2の含有量は、５ｍｏｌ％以上であることが好ましい。一方、記録層１３との密着性を確保するため、第１界面層１１及び第２界面層１２中のＳｉＯ2の含有量は、５０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。より好ましい範囲は、１０ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下である。
以上のとおりであるため、第１界面層１１及び第２界面層１２は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＳｉから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｇａ、Ｉｎ及びＣｒから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｏとを含むことが好ましい。
第１界面層１１及び第２界面層１２の厚さは、物質移動を抑制するため、また、記録層１３との電気的な接続を確保するため、１ｎｍから５ｎｍの範囲内であることが好ましく、２ｎｍから４ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
第１界面層１１及び第２界面層１２は、材料となる第１界面層１１及び第２界面層１２を構成する化合物から成るスパッタリングターゲットを、希ガス雰囲気中又は希ガスと反応ガス（特にＯ2ガス）との混合ガス雰囲気中で、ＲＦ電源を用いてスパッタリングすることによって形成できる。なお、成膜速度を高めるため、第１界面層１１及び第２界面層１２を構成する材料に、導電性の材料を微量添加してもよい。この場合は、スパッタリングターゲットに導電性を付加し、ＤＣ電源、又はパルスＤＣ電源を用いてスパッタリングすることもできる。また、第１界面層１１及び第２界面層１２は、それらを構成する金属から成るスパッタリングターゲットを、希ガスと反応ガスとの混合ガス雰囲気中でＤＣ電源、パルスＤＣ電源、又はＲＦ電源を用いて反応性スパッタリングすることによっても形成できる。あるいは、第１界面層１１及び第２界面層１２は、単体の化合物の各々のスパッタリングターゲットを、複数の電源を用いて同時にスパッタリングすることによって、形成することもできる。また、第１界面層１１及び第２界面層１２は、２以上の化合物を組み合わせた２元系スパッタリングターゲットや３元系スパッタリングターゲット等を、複数の電源を用いて同時にスパッタリングすることによって、形成することもできる。これらのスパッタリングターゲットを使用する場合でも、スパッタリングは、希ガス雰囲気中、又は希ガスと反応ガス（特にＯ2ガス）との混合ガス雰囲気中で実施することができる。なお、第１界面層１１及び第２界面層１２の成膜方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を含む）、又はＭＢＥ法等を用いることも可能である。
記録層１３は、電流の印加により発生するジュール熱によって結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こす材料から成り、結晶相と非晶質相との間で抵抗率が変化する現象を情報の記録に利用する。本実施の形態の情報記録媒体において、記録層１３は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料Ｘを主成分として含む、電気的エネルギーの印加によって可逆的な相変化を起こす材料によって形成される。材料Ｘは、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。なお、記録層１３は、材料Ｘのみから形成されていてもよい。
上記の範囲内の組成を選択することによって、結晶化温度を約３００℃以上まで大きく向上させることができ、非晶質相の安定性が高まる。結晶化温度が約３００℃以上と高いことにより、記録層の成膜後に２５０℃程度の高温での熱処理やプラズマＣＶＤ法での成膜が可能となる。また、非晶質相の安定性が高いことにより、電気的情報記録媒体１が高温で動作している場合に意図しない結晶化が生じて誤動作となる確率が低くなる。また、電気的情報記録媒体１を長期間放置した場合にも、意図しない結晶化が生じにくくなるため、保存された情報を正確に読み出すことできる。なお、結晶化温度が約３００℃以上とは、ここでは、具体的には結晶化温度が２９０℃以上であることをいう。２９０℃以上の結晶化温度を実現できれば、記録層を、十分安定的に非晶質相とすることが可能である。
また、記録層１３に含まれる材料Ｘとして、下記の式（１）：
（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％） （１）
（但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）で表される組成を有する、可逆的な相変化を起こす材料を用いてもよい。記録層１３は、この材料を主成分として含むように、又はこの材料のみから（即ち、記録層１３の組成が式（１）で表されるように）形成してもよい。この場合、結晶化温度を３００℃程度以上の状態に保ちつつ、結晶化速度を向上して消去性能を良化させることができる。
また、記録層１３において、材料ＸにおけるＳｂの一部をＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素）で置き換え、且つ材料Ｘに含まれるＭ１が材料Ｘ全体の５原子％以下となるようにしてもよい。Ｓｂを少量のＢｉで置換することにより、結晶化速度を向上することができる。また、Ｓｂを少量のＩｎで置換することにより、非晶質相の安定性を向上することができる。
また、記録層１３において、材料ＸにおけるＧｅの一部をＳｎで置き換え、且つ材料Ｘに含まれるＳｎが材料Ｘ全体の１０原子％以下となるようにしてもよい。Ｇｅを少量のＳｎで置換することにより、結晶化速度を向上することができる。
また、記録層１３は、材料Ｘに、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を添加した材料を用いて形成することもできる。この場合、添加されるＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮは、可逆的な相変化を妨げることがないよう、記録層１３の１０原子％以下となることが好ましく、５原子％以下となることがより好ましい。ここで、「記録層１３の１０（又は５）原子％以下」とは、記録層１３に含まれる全ての原子の合計を１００原子％とした場合に、記録層１３に含まれる添加元素の原子の合計が１０（又は５）原子％以下であることをいう。
記録層１３の厚さは、効率的に記録層１３を昇温、及び冷却するため、５０ｎｍから３００ｎｍの範囲にあることが好ましく、１００ｎｍから２５０ｎｍの範囲にあることがより好ましい。
記録層１３は、例えば、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂを少なくとも含むスパッタリングターゲットを、一つの電源を用いてスパッタリングすることによって、形成できる。具体的には、成膜される記録層１３が、材料Ｘを主成分として含む組成となるように、又は材料Ｘのみから成る組成となるように、組成を調整したスパッタリングターゲットを、一つの電源を用いてスパッタリングすることによって、形成できる。
また、記録層１３は、上記のスパッタリングターゲットにおいて、Ｓｂの一部をＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素）で置き換え、且つ記録層１３の主成分である材料Ｘに含まれるＭ１が材料Ｘ全体の５原子％以下となるように選ばれたスパッタリングターゲットを、一つの電源を用いてスパッタリングすることによって、形成することもできる。また、記録層１３は、上記のスパッタリングターゲットにおいて、Ｇｅの一部をＳｎで置き換え、且つ記録層１３の主成分である材料Ｘに含まれるＳｎが材料Ｘ全体の１０原子％以下となるように選ばれたスパッタリングターゲットを、一つの電源を用いてスパッタリングすることによって、形成することもできる。
また、記録層１３は、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｇｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ及びＴｅ−Ｓｂで表されるスパッタリングターゲットから選ばれる少なくとも２個以上のスパッタリングターゲットを、２個以上の電源を用いて同時にスパッタリングすることによっても、形成できる。その場合には、使用するスパッタリングターゲットの種類及び数、並びに電源の出力等に応じて、得られる記録層の組成が決定されることとなるので、それらを適宜選択して、所望の組成の記録層１３が得られるように記録層を構成することが好ましい。このように２種以上のスパッタリングターゲットを使用することは、例えば、混合物のスパッタリングターゲットを形成することが困難である場合に、有用である。
また、記録層１３は、２種以上の層を積層してなる記録部として形成してもよい。その場合は、記録部を構成する各層が、材料Ｘを主成分として含む、又は材料Ｘのみから成るようにすればよい。このような記録部は、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｇｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ及びＴｅ−Ｓｂで表されるスパッタリングターゲットから選ばれる少なくとも２個以上のスパッタリングターゲットを、２個以上の電源を用いて、順次及び／又は同時にスパッタリングすることによって形成することもできる。即ち、記録部を成膜するために、２つ以上のスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを２回以上実施してよく、又は２つ以上のスパッタリングターゲットを同時にスパッタリングしてよい。
また、記録層１３は、単層構造の記録層として形成される場合、及び多層構造の記録部として形成される場合のいずれにおいても、上記スパッタリングターゲットに、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも一つの元素を添加したスパッタリングターゲットを用いて形成することもできる。
スパッタリングの雰囲気ガスとしては、単層構造の記録層を形成する場合、及び記録部として記録層を形成する場合のいずれにおいても、希ガス、又は希ガスと反応ガス（例えば、Ｎ2ガス及びＯ2ガスから選ばれる少なくとも一種のガス）との混合ガスを用いることができる。また、スパッタリングに用いる電源も、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、又はＲＦ電源の何れかを用いることが可能である。
なお、記録層１３の成膜方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を含む）、又はＭＢＥ法等を用いることも可能である。
また、下部電極９及び上部電極１０は、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の単体金属材料、あるいは、これらのうちの１つ又は複数の元素を主成分とし、耐湿性の向上あるいは熱伝導率の調整等のために、適宜１つ又は複数の他の元素を添加した合金材料を用いて形成することができる。また、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ等の半導体材料を用いることもできる。下部電極９及び上部電極１０は、希ガス雰囲気中、又は希ガスと反応ガス（Ｏ2ガス及びＮ2ガスから選ばれる少なくとも１種のガス）との混合ガス雰囲気中で、材料となる金属母材又は合金母材をスパッタリングすることによって、形成できる。なお、下部電極９及び上部電極１０の成膜方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を含む）、又はＭＢＥ法等を用いることも可能である。
次に、電気的情報記録媒体１に対する情報の記録・再生に用いられる電気的情報記録再生装置７について説明する。電気的情報記録媒体１に、印加部２を介して、電気的情報記録再生装置７を電気的に接続する。この電気的情報記録再生装置７により、下部電極９と上部電極１０との間には、記録層１３に電流パルスを印加するためのパルス電源５が、スイッチ４を介して接続される。また、記録層１３の相変化による抵抗値の変化を検出するために、下部電極９と上部電極１０との間には、スイッチ６を介して抵抗測定器３が接続される。
非晶質相（高抵抗状態）にある記録層１３を、結晶相（低抵抗状態）に変化させるためには、スイッチ４を閉じて（スイッチ６は開く）電極間に電流パルスを印加し、電流パルスが印加される部分の温度が、記録層１３を構成している材料の結晶化温度よりも高く、且つ融点よりも低い温度にて、結晶化時間の間保持されるようにする。結晶相から再度非晶質相に戻す場合には、結晶化時よりも相対的に高い電流パルスをより短い時間で印加し、記録層を融点よりも高い温度にして溶融した後、急激に冷却する。なお、電気的情報記録再生装置７のパルス電源５は、図５に示す記録・消去パルス波形を出力できるような電源である。
ここで、記録層１３が非晶質相の場合の抵抗値をｒa、記録層１３が結晶相の場合の抵抗値をｒcとする。ｒc＜ｒaであるので、電極間の抵抗値を抵抗測定器３で測定することにより、２つの異なる状態を検出することができる。
この電気的情報記録媒体１をマトリクス的に多数配置することによって、図３に示すような大容量の電気的情報記録媒体１４を構成することができる。各メモリセル１７には、微小領域に電気的情報記録媒体１と同様の構成が形成されている。各々のメモリセル１７への情報の記録再生は、ワード線１５及びビット線１６をそれぞれ一つ指定することによって行う。
図４は、電気的情報記録媒体１４を用いた、情報記録システムの一構成例を示したものである。記憶装置１９は、電気的情報記録媒体１４と、アドレス指定回路１８とによって構成される。アドレス指定回路１８により、電気的情報記録媒体１４のワード線１５及びビット線１６がそれぞれ指定され、各々のメモリセル１７への情報の記録再生を行うことができる。また、記憶装置１９を、少なくともパルス電源２１と抵抗測定器２２から構成される外部回路２０に電気的に接続することにより、電気的情報記録媒体１４への情報の記録再生を行うことができる。
（実施の形態２）
実施の形態２として、本発明の情報記録媒体の別の例を説明する。実施の形態２の電気的情報記録媒体１０１の一構成例を図６に示す。電気的情報記録媒体１０１は、電気的エネルギー（特に電流）の印加によって情報の記録再生が可能な情報記録媒体である。
電気的情報記録媒体１０１は、基板１０８上に、下部電極１０９、第１界面層１１１、第１記録層１１３、第２記録層１１４、第２界面層１１２及び上部電極１１０が順に積層された構造を有する。すなわち、本実施の形態の電気的情報記録媒体１０１は、ｎ個の情報層（本実施の形態では、ｎ＝２）を備えた情報記録媒体に相当し、第１記録層１１３及び第１界面層１１１によって構成された情報層と、第２記録層１１４及び第２界面層１２によって構成された情報層と、の二つの情報層を備えている。
基板１０８としては、実施の形態１の基板８と同様の材料を用いることができる。ここでは、基板１０８としてＳｉ基板を用いた場合について説明する。
下部電極１０９、上部電極１１０、第１界面層１１１及び第２界面層１１２は、それぞれ、実施の形態１の下部電極９、上部電極１０、第１界面層１１及び第２界面層１２と同様の材料を用いることができ、且つ実施の形態１と同様の方法で形成できる。
なお、第１記録層１１３と第２記録層１１４との間に、中間電極（図示せず）を配置してもよい。中間電極は、第１記録層１１３と第２記録層１１４との間の原子拡散を抑制するために設けられ、導電性であることが望ましい。中間電極は、実施の形態１の下部電極９と同様の材料を用いることができ、下部電極９と同様の方法で形成できる。また、中間電極と第１記録層１１３との間、及び／又は、中間電極と第２記録層１１４との間に、界面層（図示せず）を配置してもよい。界面層は、実施の形態１の第１界面層１１と同様の材料を用いることができ、第１界面層１１と同様の方法で形成できる。
第１記録層１１３及び第２記録層１１４は、電流の印加により発生するジュール熱によって結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こす材料から成り、結晶相と非晶質相との間で抵抗率が変化する現象を情報の記録に利用する。第１記録層１１３及び第２記録層１１４の材料として、実施の形態１の記録層１３と同様の材料を用いることができる。また、第１記録層１１３又は第２記録層１１４の何れか一方を、他の材料を用いて作製することも可能である。他の材料として、例えば擬二元系のＧｅＴｅ−Ｓｂ2Ｔｅ3系材料、特にＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5組成を有する材料を用いることもできる。第１記録層１１３及び第２記録層１１４は、実施の形態１の記録層１３と同様の方法で形成できる。
電気的情報記録媒体１０１に、印加部１０２を介して電気的情報記録再生装置１０７を電気的に接続する。この電気的情報記録再生装置１０７により、下部電極１０９と上部電極１１０の間には、第１記録層１１３及び第２記録層１１４に電流パルスを印加するためのパルス電源１０５が、スイッチ１０４を介して接続される。また、第１記録層１１３及び第２記録層１１４の相変化による抵抗値の変化を検出するために、下部電極１０９と上部電極１１０との間に、スイッチ１０６を介して抵抗測定器１０３が接続される。
非晶質相（高抵抗状態）にある第１記録層１１３又は第２記録層１１４を、結晶相（低抵抗状態）に変化させるためには、スイッチ１０４を閉じて（スイッチ１０６は開く）電極間に電流パルスを印加し、電流パルスが印加される部分の温度が、材料の結晶化温度よりも高く、且つ融点よりも低い温度にて、結晶化時間の間保持されるようにする。結晶相から再度非晶質相に戻す場合には、結晶化時よりも相対的に高い電流パルスをより短い時間で印加し、記録層を融点よりも高い温度にして溶融した後、急激に冷却する。なお、電気的情報記録再生装置１０７のパルス電源１０５は、図７Ａ及び図７Ｂに示す記録・消去パルス波形を出力できるような電源である。
ここで、第１記録層１１３が非晶質相の場合の抵抗値をｒa1、第１記録層１１３が結晶相の場合の抵抗値をｒc1、第２記録層１１４が非晶質相の場合の抵抗値をｒa2、第２記録層１１４が結晶相の場合の抵抗値をｒc2とする。ｒc1≦ｒc2＜ｒa1＜ｒa2、もしくはｒc1≦ｒc2＜ｒa2＜ｒa1、もしくはｒc2≦ｒc1＜ｒa1＜ｒa2、もしくはｒc2≦ｒc1＜ｒa2＜ｒa1であることによって、第１記録層１１３と第２記録層１１４との抵抗値の和を、ｒa1＋ｒa2、ｒa1＋ｒc2、ｒa2＋ｒc1、及びｒc1＋ｒc2の４つの異なる値に設定できる。したがって、電極間の抵抗値を抵抗測定器１０３で測定することにより、４つの異なる状態、すなわち２値の情報を一度に検出することができる。
この電気的情報記録媒体１０１をマトリクス的に多数配置することによって、実施の形態１と同様に、図３に示すような大容量の電気的情報記録媒体１４を構成することができる。
なお、ここまでは記録層を含む情報層を２層積層した場合の例について説明したが、上記と同様の考え方により、記録層を含む情報層をｎ層（ｎは２以上の整数）積層して、ｎ値の情報を一度に記録・消去、及び再生することも可能である。
（実施の形態３）
実施の形態３として、本発明の情報記録媒体を製造する際に用いられるスパッタリングターゲットの例について、以下に説明する。
本実施の形態のスパッタリングターゲットは、Ｇｅ、Ｔｅ、及びＳｂから選ばれる少なくとも一つの元素を含む。具体的には、本実施の形態のスパッタリングターゲットが、下記の式（３）：
（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a3Ｓｂa3（原子％） （３）
（但し、ａ３は、２８≦ａ３≦４８を満たす。）で表される組成を有する。
また、上記スパッタリングターゲットにおいて、Ｓｂの一部をＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素（以下、これらの元素群をＭ１とする。）で置換してもよい。また、Ｇｅの一部をＳｎで置換してもよい。また、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも一つの元素（以下、これらの元素群をＭ２とする。）を含んでいてもよい。
これらのスパッタリングターゲットを用いると、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ１、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ｓｂ、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ１、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ２、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ１−Ｍ２、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ２、又はＧｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ１−Ｍ２を含む、本発明の情報記録媒体における記録層を形成することができる。これらのスパッタリングターゲットを用いることにより、希ガスのみにより、もしくは希ガスと微量の反応ガスとを導入することにより、記録層が形成できる。また、高速成膜において、情報記録媒体の、例えば抵抗値の個体ばらつきや、メモリセルの抵抗値の面内ばらつきを小さく抑えることができる。より高速な成膜を行い、抵抗値のばらつきをより小さくするように、本実施の形態のスパッタリングターゲットは、密度（粉末の充填率を示し、全く隙間無く粉末が充填されている状態を１００％と定義する）が高いことが好ましい。好ましくは密度８０％以上で、より好ましくは密度９０％以上である。
次に、本実施の形態のスパッタリングターゲットの製造方法の一例を説明する。
例えば、ＧｅとＴｅとＳｂとを含むスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅの粉末、材料Ｔｅの粉末及び材料Ｓｂの粉末を準備し、これらを所定の混合比になるように秤量して混合し、ホットプレス装置に入れる。ホットプレス装置を必要に応じて真空にし、所定の高い圧力と高い温度の条件下で、所定時間保持して、混合粉末を焼結させる。混合を十分に行うことにより、スパッタリングターゲットの面内・厚み方向の組成が均一になる。また、圧力、温度及び時間の条件を最適化することにより、充填性が向上し、高密度なスパッタリングターゲットを製造することが可能になる。このようにして、ＧｅとＴｅとＳｂを所定の組成比で含むスパッタリングターゲットが完成する。焼結後、必要に応じてＩｎ等の半田を用いて、例えば表面が平滑な銅板に接着してもよい。こうすることにより、スパッタリング装置に取り付けてスパッタリングすることができる。
同様に、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｍ１及びＭ２を含むスパッタリングターゲットは、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅの粉末、材料Ｔｅの粉末、材料Ｓｂの粉末、材料Ｓｎの粉末、材料Ｍ１の粉末及び材料Ｍ２の粉末を準備して、上記の方法でスパッタリングターゲットを製造することができる。あるいは、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅ−Ｔｅの粉末及び材料Ｓｂ−Ｍ１の粉末を準備してもよい。また、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅ−Ｓｎの粉末及び材料Ｔｅ−Ｓｂの粉末を準備してもよい。また、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅ−Ｓｂの粉末、材料Ｔｅ−Ｍ１の粉末及び材料Ｓｎ−Ｍ２の粉末を準備してもよい。また、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅの粉末、材料Ｓｂ−Ｍ１−Ｍ２の粉末、材料Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂの粉末及び材料Ｓｎ−Ｍ１−Ｍ２の粉末を準備してもよい。いずれの粉末の組み合わせでも、上記の方法でスパッタリングターゲットを製造することもできる。
記録層を作製する方法としては、上記スパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法を用いて成膜を行うことが望ましい。スパッタリング法を用いた場合、多層膜を積層するための量産用の成膜装置が既に市場に提供されており、比較的容易に良好な膜質の薄膜が得られるという利点がある。
ここで、本実施の形態において用いられるスパッタリング装置の一例について説明する。図８にはスパッタ装置を用いて成膜する様子が示されている。図８に示すように、このスパッタ装置では、真空容器２０１に排気口２０２を通して真空ポンプ（図示せず）が接続され、真空容器２０１内を高真空に保つことができるようになっている。ガス供給口２０３からは、一定流量のガスを供給できるようになっている。基板２０５（ここでの基板とは、膜を体積させるための基材のことである。）は陽極２０４に載置されている。真空容器２０１を接地することにより、真空容器２０１及び基板２０５が陽極に保たれている。スパッタリングターゲット２０６は陰極２０７に接続されており、スイッチ（図示せず）を介して電源２０８に接続されている。陽極２０４と陰極２０７との間に所定の電圧を加えることにより、スパッタリングターゲット２０６から放出された粒子により基板２０５上に薄膜が形成できる。なお、プラズマが集中しやすく、スパッタリングの速度が大きくなるよう、スパッタリングターゲット２０６の裏面に永久磁石を具備したスパッタリング装置が好ましく用いられる。
（実施の形態４）
実施の形態４では、本発明の情報記録媒体の別の例を説明する。実施の形態４の光学的情報記録媒体３０１の一部断面図を図９に示す。光学的情報記録媒体３０１は、レーザビーム３０２の照射、すなわち光学的手段によって情報の記録再生が可能な、光学的情報記録媒体である。
光学的情報記録媒体３０１では、基板３０４上に成膜された情報層３０５及び透明層３０３により構成されている。透明層３０３の材料は、光硬化性樹脂（特に紫外線硬化性樹脂）や遅効性熱硬化性樹脂等の樹脂、あるいは誘電体等から成り、使用するレーザビーム３０２に対して光吸収が小さいことが好ましく、短波長域において光学的に複屈折が小さいことが好ましい。また、透明層３０３には、透明な円盤状のポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂、あるいはガラスを用いてもよい。この場合、透明層３０３は、光硬化性樹脂（特に紫外線硬化性樹脂）又は遅効性熱硬化性樹脂等の樹脂、あるいは粘着性のシート等によって、第１誘電体層３１１に貼り合わせることが可能である。
レーザビーム３０２の波長λは、レーザビーム３０２を集光した際のスポット径が波長λによって決まってしまう（波長λが短いほど、より小さなスポット径に集光可能）ため、高密度記録の場合、特に４５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、波長λが３５０ｎｍ未満では、透明層３０３等による光吸収が大きくなってしまう。このため、レーザビーム３０２の波長λは、３５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
基板３０４は、透明で円盤状の基板である。基板３０４は、例えば、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、又はＰＭＭＡ等の樹脂、あるいはガラスを用いることができる。
基板３０４の情報層３０５側の表面には、必要に応じてレーザビームを導くための案内溝が形成されていてもよい。基板３０４の情報層３０５側と反対側の表面は、平滑であることが好ましい。基板３０４の材料としては、転写性・量産性に優れ、低コストであることから、ポリカーボネートが特に有用である。なお、基板３０４の厚さは、十分な強度があり、且つ情報記録媒体３０１の厚さが１．２ｍｍ程度となるよう、０．５ｍｍから１．２ｍｍの範囲内であることが好ましい。なお、透明層３０３の厚さが０．６ｍｍ程度（開口数（ＮＡ）＝０．６で良好な記録再生が可能）の場合、５．５ｍｍから６．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、透明層３０３の厚さが０．１ｍｍ程度（開口数（ＮＡ）＝０．８５で良好な記録再生が可能）の場合、１．０５ｍｍから１．１５ｍｍの範囲内であることが好ましい。
以下、情報層３０５の構成について説明する。
情報層３０５は、レーザビーム３０２の入射側から順に配置された第１誘電体層３１１、第１界面層３１２、記録層３１３、第２誘電体層３１４及び反射層３１５を備える。
第１誘電体層３１１は、誘電体から成る。この第１誘電体層３１１は、記録層３１３の酸化、腐食及び変形等を防止する働きと、光学距離を調整して記録層３１３の光吸収効率を高める働きと、記録前後の反射光量の変化を大きくして信号強度を大きくする働きと、を有する。第１誘電体層３１１には、例えばＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ2、ＴｅＯ2等の酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎ等の窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳ等の硫化物、ＳｉＣ等の炭化物、ＬａＦ3及びＣｅＦ3等の弗化物、及びＣを用いることもできる。また、上記材料の混合物を用いることもできる。例えば、ＺｎＳとＳｉＯ2との混合物であるＺｎＳ−ＳｉＯ2は、第１誘電体層３１１の材料として特に優れている。ＺｎＳ−ＳｉＯ2は、非晶質材料で、屈折率が高く、成膜速度が速く、機械特性及び耐湿性が良好である。
第１誘電体層３１１の厚さは、マトリクス法に基づく計算により、記録層３１３の結晶相である場合とそれが非晶質相である場合との反射光量の変化が大きくなる条件を満足するように、厳密に決定することができる。
第１界面層３１２は、繰り返し記録によって第１誘電体層３１１と記録層３１３との間で生じる物質移動を防止する働きがある。また、第１界面層３１２には、記録層３１３の結晶化を促進又は抑制する結晶化能を調整する働きもある。第１界面層３１２は、光の吸収が少なく記録の際に溶けない高融点な材料で、且つ、記録層３１３との密着性が良い材料で形成されていることが好ましい。第１界面層３１２には、実施の形態１の第１界面層１１と同様の材料を用いることができる。第１界面層３１２の厚さは、第１界面層３１２での光吸収によって情報層３０５の記録前後の反射光量の変化が小さくならないよう、０．５ｎｍから１５ｎｍの範囲内であることが望ましく、１ｎｍから１０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
第２誘電体層３１４には、第１誘電体層３１１と同様の系の材料を用いることができる。第２誘電体層３１４の厚さは、２ｎｍから７５ｎｍの範囲内であることが好ましく、２ｎｍから４０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。第２誘電体層３１４の厚さをこの範囲内で選ぶことによって、記録層３１３で発生した熱を効果的に反射層３１５側に拡散させることができる。
記録層３１３の材料は、実施の形態１の電気的情報記録媒体１における記録層１３（図２参照）と同様の材料を用いることができ、レーザビーム３０２の照射によっても結晶相と非晶質相との間で相変化を生じ得る。記録層３１３の厚さは、情報層３０５の記録感度を高くするため、６ｎｍから１５ｎｍの範囲内であることが好ましい。この範囲内においても、記録層３１３が厚い場合には、熱の面内方向への拡散による隣接領域への熱的影響が大きくなる。また、記録層３１３が薄い場合には、情報層３０５の反射率が小さくなる。したがって、記録層３１３の厚さは、８ｎｍから１３ｎｍの範囲内であることがより好ましい。なお、記録層３１３の材料として、本発明の記録層材料（材料Ｘ等）を用いることによって、結晶化温度を２９０℃以上まで向上させることができる。このため、記録した情報の長期保存性や、情報を再生するためのレーザビームに対する耐久性を、大幅に向上することができる。また、結晶化温度を２９０℃以上まで高められるため、車内等の高温での使用環境での耐性にも優れた、信頼性の高い光学的情報記録媒体を提供することができる。
記録層３１３と第２誘電体層３１４の間に、第２界面層（図示せず）を配置してもよい。第２界面層は、第１界面層３１２と同様に、繰り返し記録によって第２誘電体層３１４と記録層３１３との間で生じる物質移動を防止する働きがある。第２界面層には、第１界面層３１２と同様の系の材料を用いることができる。第２界面層の厚さは、第１界面層３１２と同様に、０．５ｎｍから１５ｎｍの範囲内であることが望ましく、１ｎｍから１０ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。
反射層３１５は、記録層３１３に吸収される光量を増大させるという光学的な機能を有する。また、反射層３１５は、記録層３１３で生じた熱を速やかに拡散させ、記録層３１３を非晶質化しやすくするという熱的な機能も有する。さらに、反射層３１５は、使用する環境から多層膜を保護するという機能も有する。
反射層３１５の材料には、例えばＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＡｌといった、熱伝導率が高い単体金属を用いることができる。また、Ａｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｃｒ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｒｕ−Ａｕ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｚｎ−Ａｌ、Ａｇ−Ｎｄ−Ａｕ、Ａｇ−Ｎｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｂｉ、Ａｇ−Ｇａ、Ａｇ−Ｇａ−Ｉｎ、Ａｇ−Ｇａ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｉｎ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｎ又はＣｕ−Ｓｉといった合金を用いることもできる。特にＡｇ合金は熱伝導率が大きいため、反射層３１５の材料として好ましい。反射層３１５の厚さは、熱拡散機能が十分となる３０ｎｍ以上であることが好ましい。この範囲内においても、反射層３１５が２００ｎｍより厚い場合には、その熱拡散機能が大きくなりすぎて情報層３０５の記録感度が低下する。したがって、反射層３１５の厚さは、３０ｎｍから２００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
反射層３１５と第２誘電体層３１４との間に、界面層を配置してもよい。この場合、界面層には、反射層３１５について説明した材料よりも熱伝導率の低い材料を用いることができる。反射層３１５にＡｇ合金を用いた場合、界面層に、例えばＡｌ又はＡｌ合金を用いることができる。また、界面層には、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃ等の元素や、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ2、ＴｅＯ2等の酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎ等の窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳ等の硫化物、ＳｉＣ等の炭化物、ＬａＦ3及びＣｅＦ3等の弗化物、及びＣを用いることもできる。また、上記材料の混合物を用いることもできる。また、膜厚は、３ｎｍから１００ｎｍ（より好ましくは１０ｎｍから５０ｎｍ）の範囲内であることが好ましい。
情報層３０５において、記録層３１３が結晶相である場合の反射率Ｒc（％）、及び記録層３１３が非晶質相である場合の反射率Ｒa（％）は、Ｒa＜Ｒcを満たすことが好ましい。このことにより、情報が記録されていない初期の状態で反射率が高くなるので、安定に記録再生動作を行うことができる。また、反射率差（Ｒc−Ｒa）を大きくして良好な記録再生特性が得られるように、Ｒc、Ｒaは、０．２≦Ｒa≦１０且つ１２≦Ｒc≦４０を満たすことが好ましく、０．２≦Ｒa≦５且つ１２≦Ｒc≦３０を満たすことがより好ましい。
なお、ここまでは情報層が１層の場合の光学的情報記録媒体の例であったが、本発明の記録層や反射層を極めて薄くして、レーザビームを透過するような半透明の情報層を設計することによって、情報層をｎ層積層して記録容量をｎ倍に増大することも可能である。
本発明のより具体的な実施の形態について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
（実施例１）
実施例１では、図２の電気的情報記録媒体１の記録層１３、図６の電気的情報記録媒体１０１の第１記録層１１３及び／又は第２記録層１１４、及び図９の光学的情報記録媒体３０１の記録層３１３の成膜に用いられるスパッタリングターゲットの材料と、実際に成膜された記録層の組成との関係を調べた。具体的には、異なる組成のスパッタリングターゲットを複数準備し、それぞれのスパッタリングターゲットから成膜された記録層の組成を、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ（ＩＣＰ））発光分析法を用いて測定した。
サンプルは以下のようにして製造した。ＩＣＰ発光分析用の基板として、ガラス基板（直径１２０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ）を用意した。そして、そのガラス基板上に、厚さ３００ｎｍの記録層をスパッタリング法によって成膜した。記録層を成膜する際のスパッタリングターゲットの形状は、直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍであった。記録層の成膜は、Ａｒガス雰囲気で、圧力を０．２Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源を用いて、投入パワー１００Ｗで行った。以上のようにして、記録層の材料が異なる複数のサンプルを製造した。
このようにして得られたサンプルについて、ＩＣＰ発光分析法を用いて、記録層の組成を測定した。
各サンプルについて、記録層を成膜するスパッタリングターゲットの組成と、成膜された記録層の組成の測定結果を（表１）に示す。なお、測定された組成は±０．５原子％程度の誤差を含む。
Figure 2010041373
この結果、成膜された記録層の組成を（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％）（但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）の範囲とするには、記録層を成膜するスパッタリングターゲットの組成を（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a3Ｓｂa3（原子％）（但し、ａ３は、２８≦ａ３≦４８を満たす。）の範囲に選ぶことが好ましいことがわかった。
なお、上記の実施例は、図１の三角座標上のＧｅＴｅ点とＳｂ点を結ぶライン上の組成についての結果であるが、本発明の記録層に用いられる、図１の三角座標上の点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成においても、スパッタリングターゲットのＳｂ量を、成膜しようとする目的の膜の組成よりも少なくすることにより、所望の組成を有する膜を成膜することが可能であった。したがって、上記の表１に示すサンプルのように、ＧｅとＴｅの量が必ずしも同じ量になる必要はない。
（実施例２）
実施例２では、図２の電気的情報記録媒体１の記録層１３、図６の電気的情報記録媒体１０１の第１記録層１１３及び／又は第２記録層１１４、及び図９の光学的情報記録媒体３０１の記録層３１３に用いられる記録材料の組成及び膜厚と結晶化温度との関係を調べた。具体的には、記録層の組成及び膜厚が異なる複数のサンプルを作製し、結晶化温度を測定した。
サンプルは以下のようにして製造した。結晶化温度測定用の基板として石英基板（直径８ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を用意した。そして、そのガラス基板上に、記録層をスパッタリング法によって成膜した。記録層を成膜する際のスパッタリングターゲットの形状は、直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍであった。記録層の成膜は、Ａｒガス雰囲気で、圧力を０．２Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源を用いて、投入パワー１００Ｗで行った。以上のようにして、記録層の組成及び膜厚が異なる複数のサンプルを製造した。
このようにして得られたサンプルについて、それぞれのサンプルを１℃／秒の昇温速度で徐々に加熱し、その光学的反射率の変化をＨｅ−Ｎｅレーザで検出した。結晶化温度は、光学的反射率の変化が開始する温度と定義した。
各サンプルについて、記録層の組成及び膜厚と結晶化温度との測定結果を、（表２）に示す。
Figure 2010041373
この結果、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成である、サンプル２−３から２−５、２−９、２−１０、及び２−３４から２−３８では、３００℃程度以上の結晶化温度（具体的には２９０℃以上の結晶化温度）を満たしており、非晶質相の安定性が高いことがわかった。これに対し、図１に示す点（ａ）、点（ｂ）、点（ｃ）及び点（ｄ）で囲まれる領域よりも外側の組成であるサンプル２−１、２−２、２−６から２−８、２−１１及び２−１２では、結晶化温度が２９０℃を下回っており、非晶質の安定性が十分ではないことがわかった。
また、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成のＳｂを、５原子％以下のＢｉ又はＩｎで置換したサンプル２−１３、２−１４、２−１６及び２−１７でも、結晶化温度がいずれも２９０℃以上であり、非晶質相の安定性が高いことがわかった。これに対し、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成のＳｂが、５原子％を超えるＢｉで置換されたサンプル２−１５では、結晶化温度が２７５℃まで低下してしまい、２９０℃以上の結晶化温度を実現できなかった。
さらに、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成のＧｅを、１０原子％以下のＳｎで置換したサンプル２−１８及び２−１９でも、結晶化温度がいずれも３００℃以上であり、非晶質相の安定性が極めて高いことがわかった。これに対し、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成のＧｅが、１０原子％を超えるＳｎで置換されたサンプル２−２０では、結晶化温度が２８５℃まで低下してしまい、２９０℃以上の結晶化温度を実現できなかった。
Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成をベースとして、１０原子％以下のＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を添加したサンプル２−２１から２−２８でも、結晶化温度がいずれも３００℃以上であり、非晶質相の安定性が極めて高いことがわかった。
記録層の組成のＳｂを５原子％以下のＢｉ及び／又はＩｎで置換し、及び／又は記録層の組成のＧｅを１０原子％以下のＳｎで置換し、及び／又は記録層に１０原子％以下のＣを添加したサンプル２−２９から２−３３でも、結晶化温度がいずれも２９０℃以上であり、非晶質相の安定性が高いことがわかった。
ここで、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成で、膜厚５０ｎｍのサンプル２−３６、膜厚１００ｎｍのサンプル２−３７及び膜厚３００ｎｍのサンプル２−３８においても、３００℃以上の結晶化温度を実現できた。この結果から、本発明における記録層の材料として示した組成範囲では、電気的情報記録媒体の記録層として好ましい厚さである５ｎｍから３００ｎｍの範囲内において、高い結晶化温度を実現できることがわかった。
また、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成で、膜厚６ｎｍのサンプル２−３４、及び膜厚１０ｎｍのサンプル２−３５においても、結晶化温度は３００℃以上と非常に高いことがわかった。この結果から、光学的情報記録媒体に用いる場合に好ましく用いられる膜厚６ｎｍから１０ｎｍの近傍の範囲においても、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40近傍の組成は、結晶化温度が３００℃以上と極めて高いため、情報の長期保存性が極めて良好で、且つ使用環境温度が高い場所でも使用可能であることがわかった。
（実施例３）
実施例３では、図２の電気的情報記録媒体１を製造し、その電流の印加による相変化を確認した。
基板８として、表面を窒化処理したＳｉ基板を準備した。そのＳｉ基板上に、下部電極９として、ＴｉＷから成り、面積６μｍ×６μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。下部電極９上に、第１界面層１１として、（ＳｉＯ2）25（Ｉｎ2Ｏ3）50（ＺｒＯ2）25から成り、面積４．５μｍ×５μｍで厚さ３ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。第１界面層１１上に、記録層１３として、結晶化温度が３１５℃のＧｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40から成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。記録層１３上に、第２界面層１２として、（ＳｉＯ2）25（Ｉｎ2Ｏ3）50（ＺｒＯ2）25から成り、面積４．５μｍ×５μｍで厚さ３ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。最後に、第２界面層１２上に、上部電極１０として、非晶質相のＳｉから成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、プラズマＣＶＤ法（基板温度２５０℃）により形成した。このような方法により、実施例３の電気的情報記録媒体１が得られた。
その後、下部電極９及び上部電極１０に、Ａｕリード線をボンディングし、印加部２を介して電気的情報記録再生装置７を電気的情報記録媒体１に接続した。この電気的情報記録再生装置７により、下部電極９と上部電極１０との間に、パルス電源５がスイッチ４を介して接続された。さらに、記録層１３の相変化による抵抗値の変化が、下部電極９と上部電極１０との間にスイッチ６を介して接続された抵抗測定器３によって検出された。
記録層１３は、初期状態では非晶質相であり、上部電極１０を成膜する際にプラズマＣＶＤ法を用いても記録層１３は結晶化していなかった。このとき下部電極９と上部電極１０との間に、図５に示す記録波形２３において、Ｉc＝８ｍＡ、ｔc＝５０ｎｓの電流パルスを印加したところ、記録層１３が非晶質相から結晶相に転移した。また、記録層１３が結晶相のとき、下部電極９と上部電極１０の間に、図５に示す消去波形２４において、Ｉa＝１５ｍＡ、ｔa＝１０ｎｓの電流パルスを印加したところ、記録層１３が結晶相から非晶質相に転移した。
また、界面層の効果を確認するために、第１界面層１１及び第２界面層１２を設けない電気的情報記録媒体１も別途作製した。この電気的情報記録媒体１は、第１界面層１１及び第２界面層１２を設けないこと以外は、上記の実施例３の電気的情報記録媒体１と同様の方法で作製された。電気的情報記録媒体１の繰り返し書き換え回数を測定したところ、第１界面層１１及び第２界面層１２が設けられた実施例３のサンプルは、設けられていないサンプルに比べて、繰り返し書き換え回数が１０倍以上向上することがわかった。これは、第１界面層１１及び第２界面層１２が、記録層１３への下部電極９及び上部電極１０からの物質移動を抑制しているためである。
（実施例４）
実施例４では、図６の電気的情報記録媒体１０１を製造し、その電流の印加による相変化を確認した。
基板１０８として、表面を窒化処理したＳｉ基板を準備した。そのＳｉ基板上に、下部電極１０９として、ＴｉＷから成り、面積６μｍ×６μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。下部電極１０９上に、第１界面層１１１として、（ＳｉＯ2）25（Ｃｒ2Ｏ3）50（ＺｒＯ2）25から成り、面積４．５μｍ×５μｍで厚さ１ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。第１界面層１１１上に、第１記録層１１３として、結晶化温度が３１５℃のＧｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40から成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。さらに、中間電極として、非晶質相のＳｉから成り、面積６μｍ×６μｍで厚さ２００ｎｍの層を、プラズマＣＶＤ法（基板温度２５０℃）により形成した。中間電極上に、第２記録層１１４として、結晶化温度が１８０℃のＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5から成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。第２記録層１１４上に、第２界面層１１２として、（ＳｉＯ2）25（Ｃｒ2Ｏ3）50（ＺｒＯ2）25から成り、面積４．５μｍ×５μｍで厚さ５ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。最後に、第２界面層１１２上に、上部電極１１０として、ＴｉＷから成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。ここで、第２記録層１１４には、結晶化温度が１８０℃と低いＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5組成を用いているため、第２記録層１１４の後に成膜する第２界面層１１２及び上部電極１１０は、成膜時の基板温度が７０℃程度までしか上がらないスパッタリング法を用いた。
その後、下部電極１０９及び上部電極１１０に、Ａｕリード線をボンディングし、印加部１０２を介して電気的情報記録再生装置１０７を電気的情報記録媒体１０１に接続した。この電気的情報記録再生装置１０７により、下部電極１０９と上部電極１１０の間に、パルス電源１０５がスイッチ１０４を介して接続された。さらに、第１記録層１１３及び第２記録層１１４の相変化による抵抗値の変化は、下部電極１０９と上部電極１１０との間にスイッチ１０６を介して接続された抵抗測定器１０３によって検出された。
第１記録層１１３及び第２記録層１１４は、初期状態では非晶質相であり、中間電極を成膜する際にプラズマＣＶＤ法を用いても第１記録層１１３は結晶化していなかった。また、第２記録層１１４についても、第２界面層１１２及び上部電極１１０の成膜にスパッタリング法を用いたため、基板の温度は７０℃程度までしか上がらず、第２記録層１１４も結晶化していなかった。このとき下部電極１０９と上部電極１１０の間に、図７Ａに示す記録波形１１５において、Ｉc1＝１３ｍＡ、ｔc1＝５０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が非晶質相から結晶相に転移した。また、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が非晶質相のとき、下部電極１０９と上部電極１１０との間に、図７Ａに示す記録波形１１６において、Ｉc2＝５ｍＡ、ｔc2＝３０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第２記録層１１４が非晶質相から結晶相に転移した。
第１記録層１１３及び第２記録層１１４が結晶相のとき、下部電極１０９と上部電極１１０の間に、図７Ｂに示す消去波形１１７において、Ｉa1＝２５ｍＡ、Ｉc2＝５ｍＡ、ｔc2＝３０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第１記録層１１３が結晶相から非晶質相に転移した。また、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が結晶相のとき、下部電極１０９と上部電極１１０との間に、図７Ｂに示す消去波形１１８において、Ｉa2＝１０ｍＡ、ｔa2＝１０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第２記録層１１４が結晶相から非晶質相に転移した。さらに、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が結晶相のとき、下部電極１０９と上部電極１１０との間に、図７Ｂに示す消去波形１１９において、Ｉa1＝２５ｍＡ、ｔa1＝１０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が結晶相から非晶質相に転移した。
以上の結果、記録層を２層積層した電気的情報記録媒体１０１により、４つの異なる状態、すなわち２値の情報を一度に記録・消去できることが確認できた。
（実施例５）
実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する材料Ｘを用いたところ、実施例３及び実施例４と同様の結果が得られた。この場合、特に（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％）（但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）で表される材料を用いると、記録層の結晶化温度と結晶化速度とを両立でき、電気的情報記録媒体１及び電気的情報記録媒体１０１の特性をさらに向上させることができた。
（実施例６）
実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、実施例５で用いた材料ＸにおけるＳｂの一部をＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素）で置き換え、且つ材料Ｘに含まれるＭ１を材料Ｘ全体の５原子％以下としたことにより、記録層の結晶化温度と結晶化速度を両立でき、電気的情報記録媒体１及び電気的情報記録媒体１０１の特性をさらに向上することができた。なお、Ｍ１がＢｉの場合は、記録層の結晶化速度が向上するため、実施例３の記録層１３では、結晶化に必要な電流パルスのＩcを小さく、及び／又はｔcを短くすることができた。また、Ｍ１がＩｎの場合は、記録層の非晶質層の安定性が向上するため、実施例３の記録層１３では、結晶化に必要な電流パルスのＩcを大きく、及び／又はｔcを長くする必要があった。
また、実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、実施例５で用いた材料ＸにおけるＧｅの一部をＳｎで置き換え、材料Ｘに含まれるＳｎを材料Ｘ全体の１０原子％以下としたことにより、記録層の結晶化速度を向上し、電気的情報記録媒体１及び電気的情報記録媒体１０１の特性をさらに向上することができた。Ｇｅの一部をＳｎで置換したことにより結晶化速度が向上するため、実施例３の記録層１３では、結晶化に必要な電流パルスのＩcを小さく、及び／又はｔcを短くすることができた。
また、実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、記録層がさらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を含み、記録層に含まれる上記元素が１０原子％以下となるような組成とすることにより、記録層の結晶化温度や比抵抗を調整し、電気的情報記録媒体１及び電気的情報記録媒体１０１の特性をさらに向上することができた。
（実施例７）
実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、記録層の厚さを５０ｎｍから３００ｎｍの範囲内で選択することにより、実施例３及び実施例４と同様の結果が得られた。また、実施例３の第１界面層１１及び第２界面層１２、及び、実施例４の第１界面層１１１及び第２界面層１１２において、界面層の厚さを１ｎｍから５ｎｍの範囲内で選択することにより、実施例３及び実施例４と同様の結果が得られた。なお、界面層の材料として、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＳｉから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｇａ、Ｉｎ及びＣｒから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｏとを含む材料を用いることにより、実施例３及び実施例４と同様の結果が得られた。
本発明にかかる情報記録媒体は、記録した情報を長時間保持できる性質（不揮発性）を有し、電気的不揮発性メモリ等として有用である。また、高密度の書き換え型（例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ（ＢＤ−ＲＥ）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、＋ＲＷ等）光ディスク等の用途にも応用できる。
本発明は、電気的エネルギーの印加によって情報を記録、消去、書き換え、及び／又は再生する情報記録媒体とその製造方法、並びにスパッタリングターゲットに関するものである。
電気的エネルギーの印加により発生するジュール熱で記録層の相変化材料を状態変化させることによって情報を記録する電気的相変化形情報記録媒体の概念は、例えば菊池誠監修の「アモルファス半導体の基礎」（１９８２年、オーム社）の第８章（１７５−１７８頁）に示されている。この電気的相変化形情報記録媒体は、電流の印加により発生するジュール熱によって、記録層を構成する相変化材料を結晶相（低抵抗）と非晶質相（高抵抗）との間で状態変化させ、結晶相と非晶質相との間の電気抵抗の違いを検出して情報として読みとるものである。電極に挟み込んだ非晶質相の記録層薄膜に電流を徐々に流していくと、ある閾電流（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）で記録層薄膜が結晶相に相変化し、電気抵抗が急激に低下する。また、結晶相の記録層薄膜に短時間幅の大電流パルスを印加することによって、記録層薄膜を溶融・急冷して高抵抗の非晶質相に戻すこともできる。このように、相変化材料によって形成された記録層を電極間に配置して、書き換え可能な情報記録媒体として用いることができる。結晶相と非晶質相との間の電気抵抗の違いは、通常の電気的手段によって簡単に検出可能であるから、このような記録層を用いることによって書き換え可能な情報記録媒体が得られる。また、上記の結晶相、非晶質相の状態は、電気的接続を遮断しても保持されるため、不揮発性の情報記録媒体として情報を保存することが可能である。
電気的相変化形情報記録媒体の記録層には、擬二元系のＧｅＴｅ−Ｓｂ2Ｔｅ3系材料が用いられており、特にＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5組成が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。これらの材料は光学的情報記録媒体用に開発された材料で（例えば、特許文献２参照）、数１０ｎｓオーダーの高速結晶化が可能な材料であり、結晶相と非晶質相との間の比抵抗の変化が大きいことから、電気的情報記録媒体にも広く用いられるようになった。
特許第３４５４８２１号公報 特公平８−３２４８２号公報
電気的相変化形情報記録媒体の記録層に広く用いられている、Ｇｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5の組成で表される材料は、その結晶化温度が約１８０℃である。この結晶化温度は、半導体の製造工程の熱処理温度や、段差形状部分の被覆性（ステップカバレッジ）が良く緻密な膜を形成するのに適したプラズマ化学気相成長法（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、プラズマＣＶＤ法）での成膜時の温度（約２５０℃以上）に比べて低い。このような材料によって形成された記録層は、成膜直後は高抵抗の非晶質相であるが、記録層成膜後の工程で２００℃以上の高温にさらされた場合、低抵抗の結晶相に相変化してしまう。したがって、記録層を成膜した後に電気配線用の金属膜や絶縁膜を形成する場合、２００℃以上の高温状態での保持が必要な製造方法を選択すると、製造後の電気的相変化形情報記録媒体の記録層は、低抵抗状態の結晶相になっていることになる。同一平面内に、マトリクス状にセルを並べて集積化する場合、記録層が高抵抗の非晶質相であるならば、各セルを電気的に独立に制御することが可能なため、セルごとに記録層が独立するように、記録層を物理的に分断する必要はない。すなわち、各セルを構成する記録層を連続する一つの膜の状態で設けることができるので、記録層をセルごとに分断する工程は必要ない。一方、記録層が低抵抗の結晶相であるならば、そのままでは（各セルを構成する記録層が連続する一つの膜となっている状態では）各セルを電気的に独立に制御することができなくなる。そのため、フォトリソグラフィー法等を用いて、それぞれのセルを構成する記録層を物理的に分断しなければならず、記録層をセルごとに分断する工程を別途設ける必要がある。ここで、記録層の結晶化温度が、当該記録層が成膜後の工程においてさらされる温度未満（ここでは、例えば２５０℃未満）の場合と、その温度以上（ここでは、例えば２５０℃以上）の場合の電気的情報記録媒体の製造工程の工程図を、図１０Ａ及び図１０Ｂにそれぞれ示す。記録層の結晶化温度が約１８０℃のＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5の組成で表される材料を用いる場合には、記録層の成膜後に新たな工程を設ける必要があることがわかる。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、結晶化温度が３００℃程度まで向上した記録材料を実現して、初期状態において記録層を安定的に非晶質相とすることによって、より簡易な製造方法で作製することが可能な電気的相変化形情報記録媒体を提供することを目的とする。
本発明の情報記録媒体は、電気的エネルギーの印加によって情報を記録し得る情報記録媒体であって、電気的エネルギーの印加によって相変化を生じ得る記録層を備え、前記記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含み、前記材料が、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法は、記録層を成膜する工程を少なくとも含み、前記工程において成膜された記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含み、前記材料が、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。
また、本発明のスパッタリングターゲットは、上記本発明の情報記録媒体の製造方法において、記録層を成膜する工程で用いられるスパッタリングターゲットであって、（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a3Ｓｂa3（原子％）（但し、ａ３は、２８≦ａ３≦４８を満たす。）の式で表される組成を有する。
本発明の情報記録媒体によれば、記録層の結晶化温度を向上させることができるので、記録層の初期状態を非晶質相とできる。これにより、簡易な製造方法での情報記録媒体の作製が可能となる。また、本発明の情報記録媒体の製造方法及びスパッタリングターゲットによれば、本発明の情報記録媒体を容易に製造することができる。
図１は、本発明の情報記録媒体の記録層に用いられる材料の組成範囲を示す三角図である。 図２は、本発明の実施の形態１における情報記録媒体、及び電気的情報記録再生装置の構成の一部を模式的に示す図である。 図３は、本発明の大容量の電気的情報記録媒体の構成の一部を模式的に示す図である。 図４は、本発明の電気的情報記録媒体とその記録再生システムの構成の一部を模式的に示す図である。 図５は、本発明の電気的情報記録媒体に適用される記録・消去パルス波形の一例を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態２における情報記録媒体、及び電気的情報記録再生装置の構成の一部を模式的に示す図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の電気的情報記録媒体に適用される記録・消去パルス波形の一例を示す図である。 図８は、本発明の情報記録媒体を製造するスパッタリング装置の一部を模式的に示す図である。 図９は、本発明の実施の形態４における光学的情報記録媒体の層構成の一例を示す一部断面図である。 図１０Ａは、結晶化温度が低い記録材料を用いた場合の電気的情報記録媒体の製造工程の一部を示すフローチャートであり、図１０Ｂは、結晶化温度が高い記録材料を用いた場合の電気的情報記録媒体の製造工程の一部を示すフローチャートである。
本発明の情報記録媒体は、電気的エネルギーの印加によって情報を記録し得る情報記録媒体であって、電気的エネルギーの印加によって相変化を生じ得る記録層を備え、前記記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含み、前記材料が、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。本明細書において、以下、前記材料を、「材料Ｘ」と記載する場合がある。
本発明における記録層は、材料Ｘを主成分として含んでいればよく、本発明が目的としている効果が得られる範囲内であれば、Ｃ，Ｎ，Ｏ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｇ，Ｇａ，Ｉｎ等の元素が不純物として微量に混入していてもよい。また、記録層は、結晶化速度等を調整する目的で、後述する添加元素をさらに含むことも可能である。また、記録層は、材料Ｘのみから形成されていてもよい。
なお、本明細書において、「記録層が、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料Ｘを主成分として含む」とは、記録層に含まれる全ての原子の合計を１００原子％とした場合に、前記材料Ｘを構成する全ての原子の合計が９５原子％以上、好ましくは９８原子％以上であることをいう。
また、本発明の情報記録媒体において、材料Ｘが、下記の式（１）：
（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％） （１）
（但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）で表される組成を有してもよい。記録層がこのような材料を含むことにより、記録層の結晶化温度をさらに向上させることができる。
また、本発明の情報記録媒体において、材料ＸにおけるＳｂの一部がＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも何れか一つの元素）で置き換えられ、且つ材料Ｘに含まれるＭ１が材料Ｘ全体の５原子％以下となるようにしてもよい。ＳｂをＭ１で置き換えることにより、記録層の結晶化速度を調整することができる。なお、本明細書において、「材料Ｘに含まれるＭ１が、材料Ｘ全体の５原子％以下」とは、材料Ｘに含まれる全ての原子の合計を１００原子％とした場合に、材料Ｘに含まれるＭ１の原子の合計が５原子％以下であることをいう。
また、本発明の情報記録媒体において、前記材料ＸにおけるＧｅの一部がＳｎで置き換えられ、且つ前記材料Ｘに含まれるＳｎが前記材料Ｘ全体の１０原子％以下となるようにしてもよい。ＧｅをＳｎで置き換えることにより、記録層の結晶化速度を調整することができる。なお、本明細書において、「材料Ｘに含まれるＳｎが、材料Ｘ全体の１０原子％以下」とは、材料Ｘに含まれる全ての原子の合計を１００原子％とした場合に、材料Ｘに含まれるＳｎ原子の合計が１０原子％以下であることをいう。
また、本発明の情報記録媒体において、記録層が、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素（添加元素）を含んでもよい。これらの元素が添加されることにより、記録層の結晶化速度や比抵抗を調整することができる。
また、本発明の情報記録媒体において、記録層の厚さが５０ｎｍから３００ｎｍの範囲内であってもよい。このことにより、記録層の結晶相と非晶質相との間の相変化を円滑に行うことができる。
また、本発明の情報記録媒体において、ｎ個（但し、ｎは２以上の整数。）の情報層を備え、情報層の少なくとも一つが上述の記録層を含んでもよい。このことにより、複数の情報層が設けられた情報記録媒体についても、簡易な方法で製造できる。さらに、各情報層で用いる記録層の結晶化温度の差を大きくし、低い温度で結晶化する記録層を選択的に結晶化させることが可能となる。記録層の選択的な結晶化が可能となることにより、何れかの記録層が結晶化した状態をより容易な動作で（複雑な消去波形を必要とせずに）実現できる。
また、本発明の情報記録媒体が、記録層の少なくとも一方の面に接して配置された界面層と、前記界面層に対して前記記録層と反対側に配置された電極と、をさらに備えていてもよい。この場合、界面層は、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物及び弗化物から選ばれる少なくとも何れか一つの化合物を含むことができる。例えば、界面層は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＳｉから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｇａ、Ｉｎ、及びＣｒから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｏとを含んでもよい。このような界面層は、記録層との密着性が高く、電極と記録層との間の物質移動を抑制できる。これにより、誤動作が少ない情報記録媒体を得ることができる。
また、本発明の情報記録媒体において、界面層の厚さが１ｎｍから５ｎｍの範囲内にあってもよい。このことにより、記録層と界面層との密着性と、記録層と界面層との電気的な接続とを両立することができる。
次に、本発明の情報記録媒体の製造方法について説明する。本発明の情報記録媒体の製造方法は、記録層を成膜する工程を少なくとも含む。この工程において成膜された記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ、及びＳｂから成る材料Ｘを主成分として含み、前記材料Ｘが、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法において、記録層を成膜する工程で成膜された記録層に含まれる材料Ｘが、下記の式（２）：
（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a2Ｓｂa2（原子％） （２）
（但し、ａ２は、３０≦ａ２≦５０を満たす。）で表される組成を有してもよい。このことにより、記録層の結晶化温度がさらに向上した情報記録媒体を作製することができる。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法では、記録層を成膜する工程で成膜された記録層に含まれる材料Ｘにおいて、Ｓｂの一部がＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素）で置き換えられ、且つ材料Ｘに含まれるＭ１が材料Ｘ全体の５原子％以下となるようにしてもよい。このことにより、記録層の結晶化速度が調整された情報記録媒体を作製することができる。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法では、記録層を成膜する工程で成膜された記録層に含まれる材料Ｘにおいて、Ｇｅの一部がＳｎで置き換えられ、且つ材料Ｘに含まれるＳｎが材料Ｘ全体の１０原子％以下となるようにしてもよい。このことにより、記録層の結晶化速度が調整された情報記録媒体を作製することができる。
また、本発明の情報記録媒体の製造方法において、記録層を成膜する工程で成膜された記録層が、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を含んでもよい。このことにより、記録層の結晶化温度や比抵抗が調整された情報記録媒体を作製することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は一例であり、本発明は以下の実施の形態に限定されない。また、以下の実施の形態では、同一の部分については同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
（実施の形態１）
実施の形態１として、本発明の情報記録媒体の一例を説明する。実施の形態１の電気的情報記録媒体１の一構成例を図２に示す。電気的情報記録媒体１は、電気的エネルギー（特に電流）の印加によって情報の記録再生が可能な情報記録媒体である。
電気的情報記録媒体１は、基板８上に、下部電極９、第１界面層１１、記録層１３、第２界面層１２及び上部電極１０が順に積層された構造を有する。下部電極９及び上部電極１０は、記録層１３に電流を印加するために設けられている。第１界面層１１及び第２界面層１２は、繰り返し記録によって、下部電極９及び上部電極１０と、記録層１３との間で生じる物質移動を防止する働きを有する。また、第１界面層１１及び第２界面層１２は、記録層１３の結晶化を促進又は抑制する結晶化能を調整する働きも有する。さらに、第１界面層１１及び第２界面層１２は、記録層１３との密着性の高い材料によって形成されることにより、誤動作を抑制し信頼性を確保することができる。また、第１界面層１１及び第２界面層１２は、記録層１３を効率よく昇温させるために、電流の印加により効果的に発熱する働きも有する。以下、それぞれの構成要素について、具体的に説明する。
基板８として、ポリカーボネート等の樹脂基板、ガラス基板、Ａｌ2Ｏ3等のセラミック基板、Ｓｉ等の各種半導体基板、及びＣｕ等の各種金属基板を用いることができる。ここでは、基板としてＳｉ基板を用いた場合について説明する。
第１界面層１１及び第２界面層１２の材料として、例えばＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ2及びＴｅＯ2等から選ばれる１又は複数の酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ及びＧｅ−Ｃｒ−Ｎ等から選ばれる１又は複数の窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳ等の硫化物、ＳｉＣ等の炭化物、ＬａＦ3及びＣｅＦ3等の弗化物、及びＣを、第１界面層１１及び第２界面層１２の材料として用いることもできる。また、上記材料から選ばれる１又は複数の材料の混合物を用いて、第１界面層１１及び第２界面層１２を形成することもできる。その中でも、特に、ＣｒとＯを含む材料は、記録層１３の結晶化をより促進するため好ましい。その中でも、ＣｒとＯがＣｒ2Ｏ3を形成した酸化物が、好ましい材料である。Ｃｒ2Ｏ3は記録層１３との密着性が良い材料であることによる。
また、第１界面層１１及び第２界面層１２の材料として、特にＩｎとＯを含む材料を用いることもできる。その中でも、ＩｎとＯがＩｎ2Ｏ3を形成した酸化物が、好ましい材料である。Ｉｎ2Ｏ3は記録層１３との密着性が良い材料であることによる。
また、第１界面層１１及び第２界面層１２の材料として、特にＧａとＯを含む材料を用いることもできる。その中でも、ＧａとＯがＧａ2Ｏ3を形成した酸化物が、好ましい材料である。Ｇａ2Ｏ3は記録層１３との密着性が良い材料であることによる。
また、第１界面層１１及び第２界面層１２には、ＣｒとＯ、ＧａとＯ、及び／又は、ＩｎとＯの他に、Ｚｒ、Ｈｆ及びＹから選ばれる少なくとも一つの元素をさらに含んでもよく、当該元素は酸化物として含まれることがより好ましい。ＺｒＯ2及びＨｆＯ2は、透明で、融点が約２７００から２８００℃と高く、且つ酸化物の中では熱伝導率が低い材料で、情報記録媒体の繰り返し書き換え性能を良くする。また、Ｙ2Ｏ3は透明な材料で、且つＺｒＯ2及びＨｆＯ2を安定化させる働きをする。また、この３種類の酸化物の何れか１つ又は複数を、ＣｒとＯ、ＧａとＯ、及び／又は、ＩｎとＯ、に混合することによって、第１界面層１１及び第２界面層１２を、記録層１３と部分的に又は全体的に接して形成しても、繰り返し書き換え性能に優れ、信頼性の高い情報記録媒体１を実現できる。
記録層１３との密着性を確保するため、第１界面層１１及び第２界面層１２における、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＩｎ2Ｏ3の含有量の合計は、１０ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
第１界面層１１及び第２界面層１２には、Ｃｒ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＯの他に、さらにＳｉを含む材料を用いてもよい。Ｓｉを、例えばＳｉＯ2として第１界面層１１及び第２界面層１２内に含ませることにより、第１界面層１１及び第２界面層１２が記録時の熱によって結晶化しにくくなり、繰り返し書き換え性能に優れた情報記録媒体１を実現できる。このような効果を十分に得るために、第１界面層１１及び第２界面層１２中のＳｉＯ2の含有量は、５ｍｏｌ％以上であることが好ましい。一方、記録層１３との密着性を確保するため、第１界面層１１及び第２界面層１２中のＳｉＯ2の含有量は、５０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。より好ましい範囲は、１０ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下である。
以上のとおりであるため、第１界面層１１及び第２界面層１２は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＳｉから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｇａ、Ｉｎ及びＣｒから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｏとを含むことが好ましい。
第１界面層１１及び第２界面層１２の厚さは、物質移動を抑制するため、また、記録層１３との電気的な接続を確保するため、１ｎｍから５ｎｍの範囲内であることが好ましく、２ｎｍから４ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
第１界面層１１及び第２界面層１２は、材料となる第１界面層１１及び第２界面層１２を構成する化合物から成るスパッタリングターゲットを、希ガス雰囲気中又は希ガスと反応ガス（特にＯ2ガス）との混合ガス雰囲気中で、ＲＦ電源を用いてスパッタリングすることによって形成できる。なお、成膜速度を高めるため、第１界面層１１及び第２界面層１２を構成する材料に、導電性の材料を微量添加してもよい。この場合は、スパッタリングターゲットに導電性を付加し、ＤＣ電源、又はパルスＤＣ電源を用いてスパッタリングすることもできる。また、第１界面層１１及び第２界面層１２は、それらを構成する金属から成るスパッタリングターゲットを、希ガスと反応ガスとの混合ガス雰囲気中でＤＣ電源、パルスＤＣ電源、又はＲＦ電源を用いて反応性スパッタリングすることによっても形成できる。あるいは、第１界面層１１及び第２界面層１２は、単体の化合物の各々のスパッタリングターゲットを、複数の電源を用いて同時にスパッタリングすることによって、形成することもできる。また、第１界面層１１及び第２界面層１２は、２以上の化合物を組み合わせた２元系スパッタリングターゲットや３元系スパッタリングターゲット等を、複数の電源を用いて同時にスパッタリングすることによって、形成することもできる。これらのスパッタリングターゲットを使用する場合でも、スパッタリングは、希ガス雰囲気中、又は希ガスと反応ガス（特にＯ2ガス）との混合ガス雰囲気中で実施することができる。なお、第１界面層１１及び第２界面層１２の成膜方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を含む）、又はＭＢＥ法等を用いることも可能である。
記録層１３は、電流の印加により発生するジュール熱によって結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こす材料から成り、結晶相と非晶質相との間で抵抗率が変化する現象を情報の記録に利用する。本実施の形態の情報記録媒体において、記録層１３は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料Ｘを主成分として含む、電気的エネルギーの印加によって可逆的な相変化を起こす材料によって形成される。材料Ｘは、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する。なお、記録層１３は、材料Ｘのみから形成されていてもよい。
上記の範囲内の組成を選択することによって、結晶化温度を約３００℃以上まで大きく向上させることができ、非晶質相の安定性が高まる。結晶化温度が約３００℃以上と高いことにより、記録層の成膜後に２５０℃程度の高温での熱処理やプラズマＣＶＤ法での成膜が可能となる。また、非晶質相の安定性が高いことにより、電気的情報記録媒体１が高温で動作している場合に意図しない結晶化が生じて誤動作となる確率が低くなる。また、電気的情報記録媒体１を長期間放置した場合にも、意図しない結晶化が生じにくくなるため、保存された情報を正確に読み出すことできる。なお、結晶化温度が約３００℃以上とは、ここでは、具体的には結晶化温度が２９０℃以上であることをいう。２９０℃以上の結晶化温度を実現できれば、記録層を、十分安定的に非晶質相とすることが可能である。
また、記録層１３に含まれる材料Ｘとして、下記の式（１）：
（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％） （１）
（但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）で表される組成を有する、可逆的な相変化を起こす材料を用いてもよい。記録層１３は、この材料を主成分として含むように、又はこの材料のみから（即ち、記録層１３の組成が式（１）で表されるように）形成してもよい。この場合、結晶化温度を３００℃程度以上の状態に保ちつつ、結晶化速度を向上して消去性能を良化させることができる。
また、記録層１３において、材料ＸにおけるＳｂの一部をＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素）で置き換え、且つ材料Ｘに含まれるＭ１が材料Ｘ全体の５原子％以下となるようにしてもよい。Ｓｂを少量のＢｉで置換することにより、結晶化速度を向上することができる。また、Ｓｂを少量のＩｎで置換することにより、非晶質相の安定性を向上することができる。
また、記録層１３において、材料ＸにおけるＧｅの一部をＳｎで置き換え、且つ材料Ｘに含まれるＳｎが材料Ｘ全体の１０原子％以下となるようにしてもよい。Ｇｅを少量のＳｎで置換することにより、結晶化速度を向上することができる。
また、記録層１３は、材料Ｘに、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を添加した材料を用いて形成することもできる。この場合、添加されるＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮは、可逆的な相変化を妨げることがないよう、記録層１３の１０原子％以下となることが好ましく、５原子％以下となることがより好ましい。ここで、「記録層１３の１０（又は５）原子％以下」とは、記録層１３に含まれる全ての原子の合計を１００原子％とした場合に、記録層１３に含まれる添加元素の原子の合計が１０（又は５）原子％以下であることをいう。
記録層１３の厚さは、効率的に記録層１３を昇温、及び冷却するため、５０ｎｍから３００ｎｍの範囲にあることが好ましく、１００ｎｍから２５０ｎｍの範囲にあることがより好ましい。
記録層１３は、例えば、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂを少なくとも含むスパッタリングターゲットを、一つの電源を用いてスパッタリングすることによって、形成できる。具体的には、成膜される記録層１３が、材料Ｘを主成分として含む組成となるように、又は材料Ｘのみから成る組成となるように、組成を調整したスパッタリングターゲットを、一つの電源を用いてスパッタリングすることによって、形成できる。
また、記録層１３は、上記のスパッタリングターゲットにおいて、Ｓｂの一部をＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素）で置き換え、且つ記録層１３の主成分である材料Ｘに含まれるＭ１が材料Ｘ全体の５原子％以下となるように選ばれたスパッタリングターゲットを、一つの電源を用いてスパッタリングすることによって、形成することもできる。また、記録層１３は、上記のスパッタリングターゲットにおいて、Ｇｅの一部をＳｎで置き換え、且つ記録層１３の主成分である材料Ｘに含まれるＳｎが材料Ｘ全体の１０原子％以下となるように選ばれたスパッタリングターゲットを、一つの電源を用いてスパッタリングすることによって、形成することもできる。
また、記録層１３は、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｇｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ及びＴｅ−Ｓｂで表されるスパッタリングターゲットから選ばれる少なくとも２個以上のスパッタリングターゲットを、２個以上の電源を用いて同時にスパッタリングすることによっても、形成できる。その場合には、使用するスパッタリングターゲットの種類及び数、並びに電源の出力等に応じて、得られる記録層の組成が決定されることとなるので、それらを適宜選択して、所望の組成の記録層１３が得られるようにスパッタリングターゲットを構成することが好ましい。このように２種以上のスパッタリングターゲットを使用することは、例えば、混合物のスパッタリングターゲットを形成することが困難である場合に、有用である。
また、記録層１３は、２種以上の層を積層してなる記録部として形成してもよい。その場合は、記録部を構成する各層が、材料Ｘを主成分として含む、又は材料Ｘのみから成るようにすればよい。このような記録部は、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｇｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｂ及びＴｅ−Ｓｂで表されるスパッタリングターゲットから選ばれる少なくとも２個以上のスパッタリングターゲットを、２個以上の電源を用いて、順次及び／又は同時にスパッタリングすることによって形成することもできる。即ち、記録部を成膜するために、２つ以上のスパッタリングターゲットを使用して、スパッタリングを２回以上実施してよく、又は２つ以上のスパッタリングターゲットを同時にスパッタリングしてよい。
また、記録層１３は、単層構造の記録層として形成される場合、及び多層構造の記録部として形成される場合のいずれにおいても、上記スパッタリングターゲットに、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも一つの元素を添加したスパッタリングターゲットを用いて形成することもできる。
スパッタリングの雰囲気ガスとしては、単層構造の記録層を形成する場合、及び記録部として記録層を形成する場合のいずれにおいても、希ガス、又は希ガスと反応ガス（例えば、Ｎ2ガス及びＯ2ガスから選ばれる少なくとも一種のガス）との混合ガスを用いることができる。また、スパッタリングに用いる電源も、ＤＣ電源、パルスＤＣ電源、又はＲＦ電源の何れかを用いることが可能である。
なお、記録層１３の成膜方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を含む）、又はＭＢＥ法等を用いることも可能である。
また、下部電極９及び上部電極１０は、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ等の単体金属材料、あるいは、これらのうちの１つ又は複数の元素を主成分とし、耐湿性の向上あるいは熱伝導率の調整等のために、適宜１つ又は複数の他の元素を添加した合金材料を用いて形成することができる。また、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ等の半導体材料を用いることもできる。下部電極９及び上部電極１０は、希ガス雰囲気中、又は希ガスと反応ガス（Ｏ2ガス及びＮ2ガスから選ばれる少なくとも１種のガス）との混合ガス雰囲気中で、材料となる金属母材又は合金母材をスパッタリングすることによって、形成できる。なお、下部電極９及び上部電極１０の成膜方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を含む）、又はＭＢＥ法等を用いることも可能である。
次に、電気的情報記録媒体１に対する情報の記録・再生に用いられる電気的情報記録再生装置７について説明する。電気的情報記録媒体１に、印加部２を介して、電気的情報記録再生装置７を電気的に接続する。この電気的情報記録再生装置７により、下部電極９と上部電極１０との間には、記録層１３に電流パルスを印加するためのパルス電源５が、スイッチ４を介して接続される。また、記録層１３の相変化による抵抗値の変化を検出するために、下部電極９と上部電極１０との間には、スイッチ６を介して抵抗測定器３が接続される。
非晶質相（高抵抗状態）にある記録層１３を、結晶相（低抵抗状態）に変化させるためには、スイッチ４を閉じて（スイッチ６は開く）電極間に電流パルスを印加し、電流パルスが印加される部分の温度が、記録層１３を構成している材料の結晶化温度よりも高く、且つ融点よりも低い温度にて、結晶化時間の間保持されるようにする。結晶相から再度非晶質相に戻す場合には、結晶化時よりも相対的に高い電流パルスをより短い時間で印加し、記録層を融点よりも高い温度にして溶融した後、急激に冷却する。なお、電気的情報記録再生装置７のパルス電源５は、図５に示す記録・消去パルス波形を出力できるような電源である。
ここで、記録層１３が非晶質相の場合の抵抗値をｒa、記録層１３が結晶相の場合の抵抗値をｒcとする。ｒc＜ｒaであるので、電極間の抵抗値を抵抗測定器３で測定することにより、２つの異なる状態を検出することができる。
この電気的情報記録媒体１をマトリクス的に多数配置することによって、図３に示すような大容量の電気的情報記録媒体１４を構成することができる。各メモリセル１７には、微小領域に電気的情報記録媒体１と同様の構成が形成されている。各々のメモリセル１７への情報の記録再生は、ワード線１５及びビット線１６をそれぞれ一つ指定することによって行う。
図４は、電気的情報記録媒体１４を用いた、情報記録システムの一構成例を示したものである。記憶装置１９は、電気的情報記録媒体１４と、アドレス指定回路１８とによって構成される。アドレス指定回路１８により、電気的情報記録媒体１４のワード線１５及びビット線１６がそれぞれ指定され、各々のメモリセル１７への情報の記録再生を行うことができる。また、記憶装置１９を、少なくともパルス電源２１と抵抗測定器２２から構成される外部回路２０に電気的に接続することにより、電気的情報記録媒体１４への情報の記録再生を行うことができる。
（実施の形態２）
実施の形態２として、本発明の情報記録媒体の別の例を説明する。実施の形態２の電気的情報記録媒体１０１の一構成例を図６に示す。電気的情報記録媒体１０１は、電気的エネルギー（特に電流）の印加によって情報の記録再生が可能な情報記録媒体である。
電気的情報記録媒体１０１は、基板１０８上に、下部電極１０９、第１界面層１１１、第１記録層１１３、第２記録層１１４、第２界面層１１２及び上部電極１１０が順に積層された構造を有する。すなわち、本実施の形態の電気的情報記録媒体１０１は、ｎ個の情報層（本実施の形態では、ｎ＝２）を備えた情報記録媒体に相当し、第１記録層１１３及び第１界面層１１１によって構成された情報層と、第２記録層１１４及び第２界面層１１２によって構成された情報層と、の二つの情報層を備えている。
基板１０８としては、実施の形態１の基板８と同様の材料を用いることができる。ここでは、基板１０８としてＳｉ基板を用いた場合について説明する。
下部電極１０９、上部電極１１０、第１界面層１１１及び第２界面層１１２は、それぞれ、実施の形態１の下部電極９、上部電極１０、第１界面層１１及び第２界面層１２と同様の材料を用いることができ、且つ実施の形態１と同様の方法で形成できる。
なお、第１記録層１１３と第２記録層１１４との間に、中間電極（図示せず）を配置してもよい。中間電極は、第１記録層１１３と第２記録層１１４との間の原子拡散を抑制するために設けられ、導電性であることが望ましい。中間電極は、実施の形態１の下部電極９と同様の材料を用いることができ、下部電極９と同様の方法で形成できる。また、中間電極と第１記録層１１３との間、及び／又は、中間電極と第２記録層１１４との間に、界面層（図示せず）を配置してもよい。界面層は、実施の形態１の第１界面層１１と同様の材料を用いることができ、第１界面層１１と同様の方法で形成できる。
第１記録層１１３及び第２記録層１１４は、電流の印加により発生するジュール熱によって結晶相と非晶質相との間で可逆的な相変化を起こす材料から成り、結晶相と非晶質相との間で抵抗率が変化する現象を情報の記録に利用する。第１記録層１１３及び第２記録層１１４の材料として、実施の形態１の記録層１３と同様の材料を用いることができる。また、第１記録層１１３又は第２記録層１１４の何れか一方を、他の材料を用いて作製することも可能である。他の材料として、例えば擬二元系のＧｅＴｅ−Ｓｂ2Ｔｅ3系材料、特にＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5組成を有する材料を用いることもできる。第１記録層１１３及び第２記録層１１４は、実施の形態１の記録層１３と同様の方法で形成できる。
電気的情報記録媒体１０１に、印加部１０２を介して電気的情報記録再生装置１０７を電気的に接続する。この電気的情報記録再生装置１０７により、下部電極１０９と上部電極１１０の間には、第１記録層１１３及び第２記録層１１４に電流パルスを印加するためのパルス電源１０５が、スイッチ１０４を介して接続される。また、第１記録層１１３及び第２記録層１１４の相変化による抵抗値の変化を検出するために、下部電極１０９と上部電極１１０との間に、スイッチ１０６を介して抵抗測定器１０３が接続される。
非晶質相（高抵抗状態）にある第１記録層１１３又は第２記録層１１４を、結晶相（低抵抗状態）に変化させるためには、スイッチ１０４を閉じて（スイッチ１０６は開く）電極間に電流パルスを印加し、電流パルスが印加される部分の温度が、材料の結晶化温度よりも高く、且つ融点よりも低い温度にて、結晶化時間の間保持されるようにする。結晶相から再度非晶質相に戻す場合には、結晶化時よりも相対的に高い電流パルスをより短い時間で印加し、記録層を融点よりも高い温度にして溶融した後、急激に冷却する。なお、電気的情報記録再生装置１０７のパルス電源１０５は、図７Ａ及び図７Ｂに示す記録・消去パルス波形を出力できるような電源である。
ここで、第１記録層１１３が非晶質相の場合の抵抗値をｒa1、第１記録層１１３が結晶相の場合の抵抗値をｒc1、第２記録層１１４が非晶質相の場合の抵抗値をｒa2、第２記録層１１４が結晶相の場合の抵抗値をｒc2とする。ｒc1≦ｒc2＜ｒa1＜ｒa2、もしくはｒc1≦ｒc2＜ｒa2＜ｒa1、もしくはｒc2≦ｒc1＜ｒa1＜ｒa2、もしくはｒc2≦ｒc1＜ｒa2＜ｒa1であることによって、第１記録層１１３と第２記録層１１４との抵抗値の和を、ｒa1＋ｒa2、ｒa1＋ｒc2、ｒa2＋ｒc1、及びｒc1＋ｒc2の４つの異なる値に設定できる。したがって、電極間の抵抗値を抵抗測定器１０３で測定することにより、４つの異なる状態、すなわち２値の情報を一度に検出することができる。
この電気的情報記録媒体１０１をマトリクス的に多数配置することによって、実施の形態１と同様に、図３に示すような大容量の電気的情報記録媒体１４を構成することができる。
なお、ここまでは記録層を含む情報層を２層積層した場合の例について説明したが、上記と同様の考え方により、記録層を含む情報層をｎ層（ｎは２以上の整数）積層して、ｎ値の情報を一度に記録・消去、及び再生することも可能である。
（実施の形態３）
実施の形態３として、本発明の情報記録媒体を製造する際に用いられるスパッタリングターゲットの例について、以下に説明する。
本実施の形態のスパッタリングターゲットは、Ｇｅ、Ｔｅ、及びＳｂから選ばれる少なくとも一つの元素を含む。具体的には、本実施の形態のスパッタリングターゲットが、下記の式（３）：
（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a3Ｓｂa3（原子％） （３）
（但し、ａ３は、２８≦ａ３≦４８を満たす。）で表される組成を有する。
また、上記スパッタリングターゲットにおいて、Ｓｂの一部をＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素（以下、これらの元素群をＭ１とする。）で置換してもよい。また、Ｇｅの一部をＳｎで置換してもよい。また、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも一つの元素（以下、これらの元素群をＭ２とする。）を含んでいてもよい。
これらのスパッタリングターゲットを用いると、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ１、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ｓｂ、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ１、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ２、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ１−Ｍ２、Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ２、又はＧｅ−Ｓｎ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｍ１−Ｍ２を含む、本発明の情報記録媒体における記録層を形成することができる。これらのスパッタリングターゲットを用いることにより、希ガスのみにより、もしくは希ガスと微量の反応ガスとを導入することにより、記録層が形成できる。また、高速成膜において、情報記録媒体の、例えば抵抗値の個体ばらつきや、メモリセルの抵抗値の面内ばらつきを小さく抑えることができる。より高速な成膜を行い、抵抗値のばらつきをより小さくするように、本実施の形態のスパッタリングターゲットは、密度（粉末の充填率を示し、全く隙間無く粉末が充填されている状態を１００％と定義する）が高いことが好ましい。好ましくは密度８０％以上で、より好ましくは密度９０％以上である。
次に、本実施の形態のスパッタリングターゲットの製造方法の一例を説明する。
例えば、ＧｅとＴｅとＳｂとを含むスパッタリングターゲットの製造方法について説明する。所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅの粉末、材料Ｔｅの粉末及び材料Ｓｂの粉末を準備し、これらを所定の混合比になるように秤量して混合し、ホットプレス装置に入れる。ホットプレス装置を必要に応じて真空にし、所定の高い圧力と高い温度の条件下で、所定時間保持して、混合粉末を焼結させる。混合を十分に行うことにより、スパッタリングターゲットの面内・厚み方向の組成が均一になる。また、圧力、温度及び時間の条件を最適化することにより、充填性が向上し、高密度なスパッタリングターゲットを製造することが可能になる。このようにして、ＧｅとＴｅとＳｂを所定の組成比で含むスパッタリングターゲットが完成する。焼結後、必要に応じてＩｎ等の半田を用いて、例えば表面が平滑な銅板に接着してもよい。こうすることにより、スパッタリング装置に取り付けてスパッタリングすることができる。
同様に、Ｇｅ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｍ１及びＭ２を含むスパッタリングターゲットは、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅの粉末、材料Ｔｅの粉末、材料Ｓｂの粉末、材料Ｓｎの粉末、材料Ｍ１の粉末及び材料Ｍ２の粉末を準備して、上記の方法でスパッタリングターゲットを製造することができる。あるいは、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅ−Ｔｅの粉末及び材料Ｓｂ−Ｍ１の粉末を準備してもよい。また、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅ−Ｓｎの粉末及び材料Ｔｅ−Ｓｂの粉末を準備してもよい。また、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅ−Ｓｂの粉末、材料Ｔｅ−Ｍ１の粉末及び材料Ｓｎ−Ｍ２の粉末を準備してもよい。また、所定の粒径を有する高純度な、材料Ｇｅ−Ｓｎ−Ｔｅの粉末、材料Ｓｂ−Ｍ１−Ｍ２の粉末、材料Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂの粉末及び材料Ｓｎ−Ｍ１−Ｍ２の粉末を準備してもよい。いずれの粉末の組み合わせでも、上記の方法でスパッタリングターゲットを製造することもできる。
記録層を作製する方法としては、上記スパッタリングターゲットを用いて、スパッタリング法を用いて成膜を行うことが望ましい。スパッタリング法を用いた場合、多層膜を積層するための量産用の成膜装置が既に市場に提供されており、比較的容易に良好な膜質の薄膜が得られるという利点がある。
ここで、本実施の形態において用いられるスパッタリング装置の一例について説明する。図８にはスパッタ装置を用いて成膜する様子が示されている。図８に示すように、このスパッタ装置では、真空容器２０１に排気口２０２を通して真空ポンプ（図示せず）が接続され、真空容器２０１内を高真空に保つことができるようになっている。ガス供給口２０３からは、一定流量のガスを供給できるようになっている。基板２０５（ここでの基板とは、膜を体積させるための基材のことである。）は陽極２０４に載置されている。真空容器２０１を接地することにより、真空容器２０１及び基板２０５が陽極に保たれている。スパッタリングターゲット２０６は陰極２０７に接続されており、スイッチ（図示せず）を介して電源２０８に接続されている。陽極２０４と陰極２０７との間に所定の電圧を加えることにより、スパッタリングターゲット２０６から放出された粒子により基板２０５上に薄膜が形成できる。なお、プラズマが集中しやすく、スパッタリングの速度が大きくなるよう、スパッタリングターゲット２０６の裏面に永久磁石を具備したスパッタリング装置が好ましく用いられる。
（実施の形態４）
実施の形態４では、本発明の情報記録媒体の別の例を説明する。実施の形態４の光学的情報記録媒体３０１の一部断面図を図９に示す。光学的情報記録媒体３０１は、レーザビーム３０２の照射、すなわち光学的手段によって情報の記録再生が可能な、光学的情報記録媒体である。
光学的情報記録媒体３０１では、基板３０４上に成膜された情報層３０５及び透明層３０３により構成されている。透明層３０３の材料は、光硬化性樹脂（特に紫外線硬化性樹脂）や遅効性熱硬化性樹脂等の樹脂、あるいは誘電体等から成り、使用するレーザビーム３０２に対して光吸収が小さいことが好ましく、短波長域において光学的に複屈折が小さいことが好ましい。また、透明層３０３には、透明な円盤状のポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂、あるいはガラスを用いてもよい。この場合、透明層３０３は、光硬化性樹脂（特に紫外線硬化性樹脂）又は遅効性熱硬化性樹脂等の樹脂、あるいは粘着性のシート等によって、第１誘電体層３１１に貼り合わせることが可能である。
レーザビーム３０２の波長λは、レーザビーム３０２を集光した際のスポット径が波長λによって決まってしまう（波長λが短いほど、より小さなスポット径に集光可能）ため、高密度記録の場合、特に４５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、波長λが３５０ｎｍ未満では、透明層３０３等による光吸収が大きくなってしまう。このため、レーザビーム３０２の波長λは、３５０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
基板３０４は、透明で円盤状の基板である。基板３０４は、例えば、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、又はＰＭＭＡ等の樹脂、あるいはガラスを用いることができる。
基板３０４の情報層３０５側の表面には、必要に応じてレーザビームを導くための案内溝が形成されていてもよい。基板３０４の情報層３０５側と反対側の表面は、平滑であることが好ましい。基板３０４の材料としては、転写性・量産性に優れ、低コストであることから、ポリカーボネートが特に有用である。なお、基板３０４の厚さは、十分な強度があり、且つ情報記録媒体３０１の厚さが１．２ｍｍ程度となるよう、０．５ｍｍから１．２ｍｍの範囲内であることが好ましい。なお、透明層３０３の厚さが０．６ｍｍ程度（開口数（ＮＡ）＝０．６で良好な記録再生が可能）の場合、５．５ｍｍから６．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。また、透明層３０３の厚さが０．１ｍｍ程度（開口数（ＮＡ）＝０．８５で良好な記録再生が可能）の場合、１．０５ｍｍから１．１５ｍｍの範囲内であることが好ましい。
以下、情報層３０５の構成について説明する。
情報層３０５は、レーザビーム３０２の入射側から順に配置された第１誘電体層３１１、第１界面層３１２、記録層３１３、第２誘電体層３１４及び反射層３１５を備える。
第１誘電体層３１１は、誘電体から成る。この第１誘電体層３１１は、記録層３１３の酸化、腐食及び変形等を防止する働きと、光学距離を調整して記録層３１３の光吸収効率を高める働きと、記録前後の反射光量の変化を大きくして信号強度を大きくする働きと、を有する。第１誘電体層３１１には、例えばＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ2、ＴｅＯ2等の酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎ等の窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳ等の硫化物、ＳｉＣ等の炭化物、ＬａＦ3及びＣｅＦ3等の弗化物、及びＣを用いることもできる。また、上記材料の混合物を用いることもできる。例えば、ＺｎＳとＳｉＯ2との混合物であるＺｎＳ−ＳｉＯ2は、第１誘電体層３１１の材料として特に優れている。ＺｎＳ−ＳｉＯ2は、非晶質材料で、屈折率が高く、成膜速度が速く、機械特性及び耐湿性が良好である。
第１誘電体層３１１の厚さは、マトリクス法に基づく計算により、記録層３１３の結晶相である場合とそれが非晶質相である場合との反射光量の変化が大きくなる条件を満足するように、厳密に決定することができる。
第１界面層３１２は、繰り返し記録によって第１誘電体層３１１と記録層３１３との間で生じる物質移動を防止する働きがある。また、第１界面層３１２には、記録層３１３の結晶化を促進又は抑制する結晶化能を調整する働きもある。第１界面層３１２は、光の吸収が少なく記録の際に溶けない高融点な材料で、且つ、記録層３１３との密着性が良い材料で形成されていることが好ましい。第１界面層３１２には、実施の形態１の第１界面層１１と同様の材料を用いることができる。第１界面層３１２の厚さは、第１界面層３１２での光吸収によって情報層３０５の記録前後の反射光量の変化が小さくならないよう、０．５ｎｍから１５ｎｍの範囲内であることが望ましく、１ｎｍから１０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
第２誘電体層３１４には、第１誘電体層３１１と同様の系の材料を用いることができる。第２誘電体層３１４の厚さは、２ｎｍから７５ｎｍの範囲内であることが好ましく、２ｎｍから４０ｎｍの範囲内であることがより好ましい。第２誘電体層３１４の厚さをこの範囲内で選ぶことによって、記録層３１３で発生した熱を効果的に反射層３１５側に拡散させることができる。
記録層３１３の材料は、実施の形態１の電気的情報記録媒体１における記録層１３（図２参照）と同様の材料を用いることができ、レーザビーム３０２の照射によっても結晶相と非晶質相との間で相変化を生じ得る。記録層３１３の厚さは、情報層３０５の記録感度を高くするため、６ｎｍから１５ｎｍの範囲内であることが好ましい。この範囲内においても、記録層３１３が厚い場合には、熱の面内方向への拡散による隣接領域への熱的影響が大きくなる。また、記録層３１３が薄い場合には、情報層３０５の反射率が小さくなる。したがって、記録層３１３の厚さは、８ｎｍから１３ｎｍの範囲内であることがより好ましい。なお、記録層３１３の材料として、本発明の記録層材料（材料Ｘ等）を用いることによって、結晶化温度を２９０℃以上まで向上させることができる。このため、記録した情報の長期保存性や、情報を再生するためのレーザビームに対する耐久性を、大幅に向上することができる。また、結晶化温度を２９０℃以上まで高められるため、車内等の高温での使用環境での耐性にも優れた、信頼性の高い光学的情報記録媒体を提供することができる。
記録層３１３と第２誘電体層３１４の間に、第２界面層（図示せず）を配置してもよい。第２界面層は、第１界面層３１２と同様に、繰り返し記録によって第２誘電体層３１４と記録層３１３との間で生じる物質移動を防止する働きがある。第２界面層には、第１界面層３１２と同様の系の材料を用いることができる。第２界面層の厚さは、第１界面層３１２と同様に、０．５ｎｍから１５ｎｍの範囲内であることが望ましく、１ｎｍから１０ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。
反射層３１５は、記録層３１３に吸収される光量を増大させるという光学的な機能を有する。また、反射層３１５は、記録層３１３で生じた熱を速やかに拡散させ、記録層３１３を非晶質化しやすくするという熱的な機能も有する。さらに、反射層３１５は、使用する環境から多層膜を保護するという機能も有する。
反射層３１５の材料には、例えばＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＡｌといった、熱伝導率が高い単体金属を用いることができる。また、Ａｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｎｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｃｒ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｒｕ−Ａｕ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｇ−Ｚｎ−Ａｌ、Ａｇ−Ｎｄ−Ａｕ、Ａｇ−Ｎｄ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｂｉ、Ａｇ−Ｇａ、Ａｇ−Ｇａ−Ｉｎ、Ａｇ−Ｇａ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｉｎ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｎ又はＣｕ−Ｓｉといった合金を用いることもできる。特にＡｇ合金は熱伝導率が大きいため、反射層３１５の材料として好ましい。反射層３１５の厚さは、熱拡散機能が十分となる３０ｎｍ以上であることが好ましい。この範囲内においても、反射層３１５が２００ｎｍより厚い場合には、その熱拡散機能が大きくなりすぎて情報層３０５の記録感度が低下する。したがって、反射層３１５の厚さは、３０ｎｍから２００ｎｍの範囲内であることがより好ましい。
反射層３１５と第２誘電体層３１４との間に、界面層を配置してもよい。この場合、界面層には、反射層３１５について説明した材料よりも熱伝導率の低い材料を用いることができる。反射層３１５にＡｇ合金を用いた場合、界面層に、例えばＡｌ又はＡｌ合金を用いることができる。また、界面層には、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃ等の元素や、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2、ＳｎＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｇｄ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ2、ＴｅＯ2等の酸化物を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｃｒ−Ｎ等の窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳ等の硫化物、ＳｉＣ等の炭化物、ＬａＦ3及びＣｅＦ3等の弗化物、及びＣを用いることもできる。また、上記材料の混合物を用いることもできる。また、膜厚は、３ｎｍから１００ｎｍ（より好ましくは１０ｎｍから５０ｎｍ）の範囲内であることが好ましい。
情報層３０５において、記録層３１３が結晶相である場合の反射率Ｒc（％）、及び記録層３１３が非晶質相である場合の反射率Ｒa（％）は、Ｒa＜Ｒcを満たすことが好ましい。このことにより、情報が記録されていない初期の状態で反射率が高くなるので、安定に記録再生動作を行うことができる。また、反射率差（Ｒc−Ｒa）を大きくして良好な記録再生特性が得られるように、Ｒc、Ｒaは、０．２≦Ｒa≦１０且つ１２≦Ｒc≦４０を満たすことが好ましく、０．２≦Ｒa≦５且つ１２≦Ｒc≦３０を満たすことがより好ましい。
なお、ここまでは情報層が１層の場合の光学的情報記録媒体の例であったが、本発明の記録層や反射層を極めて薄くして、レーザビームを透過するような半透明の情報層を設計することによって、情報層をｎ層積層して記録容量をｎ倍に増大することも可能である。
本発明のより具体的な実施の形態について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。
（実施例１）
実施例１では、図２の電気的情報記録媒体１の記録層１３、図６の電気的情報記録媒体１０１の第１記録層１１３及び／又は第２記録層１１４、及び図９の光学的情報記録媒体３０１の記録層３１３の成膜に用いられるスパッタリングターゲットの材料と、実際に成膜された記録層の組成との関係を調べた。具体的には、異なる組成のスパッタリングターゲットを複数準備し、それぞれのスパッタリングターゲットから成膜された記録層の組成を、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ（ＩＣＰ））発光分析法を用いて測定した。
サンプルは以下のようにして製造した。ＩＣＰ発光分析用の基板として、ガラス基板（直径１２０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ）を用意した。そして、そのガラス基板上に、厚さ３００ｎｍの記録層をスパッタリング法によって成膜した。記録層を成膜する際のスパッタリングターゲットの形状は、直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍであった。記録層の成膜は、Ａｒガス雰囲気で、圧力を０．２Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源を用いて、投入パワー１００Ｗで行った。以上のようにして、記録層の材料が異なる複数のサンプルを製造した。
このようにして得られたサンプルについて、ＩＣＰ発光分析法を用いて、記録層の組成を測定した。
各サンプルについて、記録層を成膜するスパッタリングターゲットの組成と、成膜された記録層の組成の測定結果を（表１）に示す。なお、測定された組成は±０．５原子％程度の誤差を含む。
Figure 2010041373
この結果、成膜された記録層の組成を（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％）（但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）の範囲とするには、記録層を成膜するスパッタリングターゲットの組成を（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a3Ｓｂa3（原子％）（但し、ａ３は、２８≦ａ３≦４８を満たす。）の範囲に選ぶことが好ましいことがわかった。
なお、上記の実施例は、図１の三角座標上のＧｅＴｅ点とＳｂ点を結ぶライン上の組成についての結果であるが、本発明の記録層に用いられる、図１の三角座標上の点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成においても、スパッタリングターゲットのＳｂ量を、成膜しようとする目的の膜の組成よりも少なくすることにより、所望の組成を有する膜を成膜することが可能であった。したがって、上記の表１に示すサンプルのように、ＧｅとＴｅの量が必ずしも同じ量になる必要はない。
（実施例２）
実施例２では、図２の電気的情報記録媒体１の記録層１３、図６の電気的情報記録媒体１０１の第１記録層１１３及び／又は第２記録層１１４、及び図９の光学的情報記録媒体３０１の記録層３１３に用いられる記録材料の組成及び膜厚と結晶化温度との関係を調べた。具体的には、記録層の組成及び膜厚が異なる複数のサンプルを作製し、結晶化温度を測定した。
サンプルは以下のようにして製造した。結晶化温度測定用の基板として石英基板（直径８ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を用意した。そして、その基板上に、記録層をスパッタリング法によって成膜した。記録層を成膜する際のスパッタリングターゲットの形状は、直径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍであった。記録層の成膜は、Ａｒガス雰囲気で、圧力を０．２Ｐａとし、直流（ＤＣ）電源を用いて、投入パワー１００Ｗで行った。以上のようにして、記録層の組成及び膜厚が異なる複数のサンプルを製造した。
このようにして得られたサンプルについて、それぞれのサンプルを１℃／秒の昇温速度で徐々に加熱し、その光学的反射率の変化をＨｅ−Ｎｅレーザで検出した。結晶化温度は、光学的反射率の変化が開始する温度と定義した。
各サンプルについて、記録層の組成及び膜厚と結晶化温度との測定結果を、（表２）に示す。
Figure 2010041373
この結果、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成である、サンプル２−３から２−５、２−９、２−１０、及び２−３４から２−３８では、３００℃程度以上の結晶化温度（具体的には２９０℃以上の結晶化温度）を満たしており、非晶質相の安定性が高いことがわかった。これに対し、図１に示す点（ａ）、点（ｂ）、点（ｃ）及び点（ｄ）で囲まれる領域よりも外側の組成であるサンプル２−１、２−２、２−６から２−８、２−１１及び２−１２では、結晶化温度が２９０℃を下回っており、非晶質の安定性が十分ではないことがわかった。
また、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成のＳｂを、５原子％以下のＢｉ又はＩｎで置換したサンプル２−１３、２−１４、２−１６及び２−１７でも、結晶化温度がいずれも２９０℃以上であり、非晶質相の安定性が高いことがわかった。これに対し、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成のＳｂが、５原子％を超えるＢｉで置換されたサンプル２−１５では、結晶化温度が２７５℃まで低下してしまい、２９０℃以上の結晶化温度を実現できなかった。
さらに、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成のＧｅを、１０原子％以下のＳｎで置換したサンプル２−１８及び２−１９でも、結晶化温度がいずれも３００℃以上であり、非晶質相の安定性が極めて高いことがわかった。これに対し、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成のＧｅが、１０原子％を超えるＳｎで置換されたサンプル２−２０では、結晶化温度が２８５℃まで低下してしまい、２９０℃以上の結晶化温度を実現できなかった。
Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成をベースとして、１０原子％以下のＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を添加したサンプル２−２１から２−２８でも、結晶化温度がいずれも３００℃以上であり、非晶質相の安定性が極めて高いことがわかった。
記録層の組成のＳｂを５原子％以下のＢｉ及び／又はＩｎで置換し、及び／又は記録層の組成のＧｅを１０原子％以下のＳｎで置換し、及び／又は記録層に１０原子％以下のＣを添加したサンプル２−２９から２−３３でも、結晶化温度がいずれも２９０℃以上であり、非晶質相の安定性が高いことがわかった。
ここで、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成で、膜厚５０ｎｍのサンプル２−３６、膜厚１００ｎｍのサンプル２−３７及び膜厚３００ｎｍのサンプル２−３８においても、３００℃以上の結晶化温度を実現できた。この結果から、本発明における記録層の材料として示した組成範囲では、電気的情報記録媒体の記録層として好ましい厚さである５ｎｍから３００ｎｍの範囲内において、高い結晶化温度を実現できることがわかった。
また、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40組成で、膜厚６ｎｍのサンプル２−３４、及び膜厚１０ｎｍのサンプル２−３５においても、結晶化温度は３００℃以上と非常に高いことがわかった。この結果から、光学的情報記録媒体に用いる場合に好ましく用いられる膜厚６ｎｍから１０ｎｍの近傍の範囲においても、Ｇｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40近傍の組成は、結晶化温度が３００℃以上と極めて高いため、情報の長期保存性が極めて良好で、且つ使用環境温度が高い場所でも使用可能であることがわかった。
（実施例３）
実施例３では、図２の電気的情報記録媒体１を製造し、その電流の印加による相変化を確認した。
基板８として、表面を窒化処理したＳｉ基板を準備した。そのＳｉ基板上に、下部電極９として、ＴｉＷから成り、面積６μｍ×６μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。下部電極９上に、第１界面層１１として、（ＳｉＯ2）25（Ｉｎ2Ｏ3）50（ＺｒＯ2）25から成り、面積４．５μｍ×５μｍで厚さ３ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。第１界面層１１上に、記録層１３として、結晶化温度が３１５℃のＧｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40から成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。記録層１３上に、第２界面層１２として、（ＳｉＯ2）25（Ｉｎ2Ｏ3）50（ＺｒＯ2）25から成り、面積４．５μｍ×５μｍで厚さ３ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。最後に、第２界面層１２上に、上部電極１０として、非晶質相のＳｉから成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、プラズマＣＶＤ法（基板温度２５０℃）により形成した。このような方法により、実施例３の電気的情報記録媒体１が得られた。
その後、下部電極９及び上部電極１０に、Ａｕリード線をボンディングし、印加部２を介して電気的情報記録再生装置７を電気的情報記録媒体１に接続した。この電気的情報記録再生装置７により、下部電極９と上部電極１０との間に、パルス電源５がスイッチ４を介して接続された。さらに、記録層１３の相変化による抵抗値の変化が、下部電極９と上部電極１０との間にスイッチ６を介して接続された抵抗測定器３によって検出された。
記録層１３は、初期状態では非晶質相であり、上部電極１０を成膜する際にプラズマＣＶＤ法を用いても記録層１３は結晶化していなかった。このとき下部電極９と上部電極１０との間に、図５に示す記録波形２３において、Ｉc＝８ｍＡ、ｔc＝５０ｎｓの電流パルスを印加したところ、記録層１３が非晶質相から結晶相に転移した。また、記録層１３が結晶相のとき、下部電極９と上部電極１０の間に、図５に示す消去波形２４において、Ｉa＝１５ｍＡ、ｔa＝１０ｎｓの電流パルスを印加したところ、記録層１３が結晶相から非晶質相に転移した。
また、界面層の効果を確認するために、第１界面層１１及び第２界面層１２を設けない電気的情報記録媒体１も別途作製した。この電気的情報記録媒体１は、第１界面層１１及び第２界面層１２を設けないこと以外は、上記の実施例３の電気的情報記録媒体１と同様の方法で作製された。電気的情報記録媒体１の繰り返し書き換え回数を測定したところ、第１界面層１１及び第２界面層１２が設けられた実施例３のサンプルは、設けられていないサンプルに比べて、繰り返し書き換え回数が１０倍以上向上することがわかった。これは、第１界面層１１及び第２界面層１２が、記録層１３への下部電極９及び上部電極１０からの物質移動を抑制しているためである。
（実施例４）
実施例４では、図６の電気的情報記録媒体１０１を製造し、その電流の印加による相変化を確認した。
基板１０８として、表面を窒化処理したＳｉ基板を準備した。そのＳｉ基板上に、下部電極１０９として、ＴｉＷから成り、面積６μｍ×６μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。下部電極１０９上に、第１界面層１１１として、（ＳｉＯ2）25（Ｃｒ2Ｏ3）50（ＺｒＯ2）25から成り、面積４．５μｍ×５μｍで厚さ１ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。第１界面層１１１上に、第１記録層１１３として、結晶化温度が３１５℃のＧｅ30Ｔｅ30Ｓｂ40から成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。さらに、中間電極として、非晶質相のＳｉから成り、面積６μｍ×６μｍで厚さ２００ｎｍの層を、プラズマＣＶＤ法（基板温度２５０℃）により形成した。中間電極上に、第２記録層１１４として、結晶化温度が１８０℃のＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5から成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。第２記録層１１４上に、第２界面層１１２として、（ＳｉＯ2）25（Ｃｒ2Ｏ3）50（ＺｒＯ2）25から成り、面積４．５μｍ×５μｍで厚さ５ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。最後に、第２界面層１１２上に、上部電極１１０として、ＴｉＷから成り、面積５μｍ×５μｍで厚さ２００ｎｍの層を、スパッタリング法により形成した。ここで、第２記録層１１４には、結晶化温度が１８０℃と低いＧｅ2Ｓｂ2Ｔｅ5組成を用いているため、第２記録層１１４の後に成膜する第２界面層１１２及び上部電極１１０は、成膜時の基板温度が７０℃程度までしか上がらないスパッタリング法を用いた。
その後、下部電極１０９及び上部電極１１０に、Ａｕリード線をボンディングし、印加部１０２を介して電気的情報記録再生装置１０７を電気的情報記録媒体１０１に接続した。この電気的情報記録再生装置１０７により、下部電極１０９と上部電極１１０の間に、パルス電源１０５がスイッチ１０４を介して接続された。さらに、第１記録層１１３及び第２記録層１１４の相変化による抵抗値の変化は、下部電極１０９と上部電極１１０との間にスイッチ１０６を介して接続された抵抗測定器１０３によって検出された。
第１記録層１１３及び第２記録層１１４は、初期状態では非晶質相であり、中間電極を成膜する際にプラズマＣＶＤ法を用いても第１記録層１１３は結晶化していなかった。また、第２記録層１１４についても、第２界面層１１２及び上部電極１１０の成膜にスパッタリング法を用いたため、基板の温度は７０℃程度までしか上がらず、第２記録層１１４も結晶化していなかった。このとき下部電極１０９と上部電極１１０の間に、図７Ａに示す記録波形１１５において、Ｉc1＝１３ｍＡ、ｔc1＝５０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が非晶質相から結晶相に転移した。また、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が非晶質相のとき、下部電極１０９と上部電極１１０との間に、図７Ａに示す記録波形１１６において、Ｉc2＝５ｍＡ、ｔc2＝３０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第２記録層１１４が非晶質相から結晶相に転移した。
第１記録層１１３及び第２記録層１１４が結晶相のとき、下部電極１０９と上部電極１１０の間に、図７Ｂに示す消去波形１１７において、Ｉa1＝２５ｍＡ、Ｉc2＝５ｍＡ、ｔc2＝３０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第１記録層１１３が結晶相から非晶質相に転移した。また、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が結晶相のとき、下部電極１０９と上部電極１１０との間に、図７Ｂに示す消去波形１１８において、Ｉa2＝１０ｍＡ、ｔa2＝１０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第２記録層１１４が結晶相から非晶質相に転移した。さらに、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が結晶相のとき、下部電極１０９と上部電極１１０との間に、図７Ｂに示す消去波形１１９において、Ｉa1＝２５ｍＡ、ｔa1＝１０ｎｓの電流パルスを印加したところ、第１記録層１１３及び第２記録層１１４が結晶相から非晶質相に転移した。
以上の結果、記録層を２層積層した電気的情報記録媒体１０１により、４つの異なる状態、すなわち２値の情報を一度に記録・消去できることが確認できた。
（実施例５）
実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する材料Ｘを用いたところ、実施例３及び実施例４と同様の結果が得られた。この場合、特に（Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％）（但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）で表される材料を用いると、記録層の結晶化温度と結晶化速度とを両立でき、電気的情報記録媒体１及び電気的情報記録媒体１０１の特性をさらに向上させることができた。
（実施例６）
実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、実施例５で用いた材料ＸにおけるＳｂの一部をＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも一つの元素）で置き換え、且つ材料Ｘに含まれるＭ１を材料Ｘ全体の５原子％以下としたことにより、記録層の結晶化温度と結晶化速度を両立でき、電気的情報記録媒体１及び電気的情報記録媒体１０１の特性をさらに向上することができた。なお、Ｍ１がＢｉの場合は、記録層の結晶化速度が向上するため、実施例３の記録層１３では、結晶化に必要な電流パルスのＩcを小さく、及び／又はｔcを短くすることができた。また、Ｍ１がＩｎの場合は、記録層の非晶質層の安定性が向上するため、実施例３の記録層１３では、結晶化に必要な電流パルスのＩcを大きく、及び／又はｔcを長くする必要があった。
また、実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、実施例５で用いた材料ＸにおけるＧｅの一部をＳｎで置き換え、材料Ｘに含まれるＳｎを材料Ｘ全体の１０原子％以下としたことにより、記録層の結晶化速度を向上し、電気的情報記録媒体１及び電気的情報記録媒体１０１の特性をさらに向上することができた。Ｇｅの一部をＳｎで置換したことにより結晶化速度が向上するため、実施例３の記録層１３では、結晶化に必要な電流パルスのＩcを小さく、及び／又はｔcを短くすることができた。
また、実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、記録層がさらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を含み、記録層に含まれる上記元素が１０原子％以下となるような組成とすることにより、記録層の結晶化温度や比抵抗を調整し、電気的情報記録媒体１及び電気的情報記録媒体１０１の特性をさらに向上することができた。
（実施例７）
実施例３の記録層１３及び実施例４の記録層１１３において、記録層の厚さを５０ｎｍから３００ｎｍの範囲内で選択することにより、実施例３及び実施例４と同様の結果が得られた。また、実施例３の第１界面層１１及び第２界面層１２、及び、実施例４の第１界面層１１１及び第２界面層１１２において、界面層の厚さを１ｎｍから５ｎｍの範囲内で選択することにより、実施例３及び実施例４と同様の結果が得られた。なお、界面層の材料として、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＳｉから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｇａ、Ｉｎ及びＣｒから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｏとを含む材料を用いることにより、実施例３及び実施例４と同様の結果が得られた。
本発明にかかる情報記録媒体は、記録した情報を長時間保持できる性質（不揮発性）を有し、電気的不揮発性メモリ等として有用である。また、高密度の書き換え型（例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ（ＢＤ−ＲＥ）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、＋ＲＷ等）光ディスク等の用途にも応用できる。

Claims (16)

  1. 電気的エネルギーの印加によって情報を記録し得る情報記録媒体であって、
    電気的エネルギーの印加によって相変化を生じ得る記録層を備え、
    前記記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含み、
    前記材料が、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する、
    情報記録媒体。
  2. 前記材料が、下記の式（１）：
    （Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a1Ｓｂa1（原子％） （１）
    （但し、ａ１は、３０≦ａ１≦５０を満たす。）で表される組成を有する、
    請求項１に記載の情報記録媒体。
  3. 前記材料におけるＳｂの一部がＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも何れか一つの元素）で置き換えられ、且つ前記材料に含まれるＭ１が前記材料全体の５原子％以下である、
    請求項１に記載の情報記録媒体。
  4. 前記材料におけるＧｅの一部がＳｎで置き換えられ、且つ前記材料に含まれるＳｎが前記材料全体の１０原子％以下である、
    請求項１に記載の情報記録媒体。
  5. 前記記録層が、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を含む、
    請求項１に記載の情報記録媒体。
  6. 前記記録層の厚さが、５０ｎｍから３００ｎｍの範囲内である、
    請求項１に記載の情報記録媒体。
  7. ｎ個（但し、ｎは２以上の整数。）の情報層を備え、
    前記ｎ個の情報層の少なくとも一つが、前記記録層を含む、
    請求項１に記載の情報記録媒体。
  8. 前記記録層の少なくとも一方の面に接して配置された界面層と、
    前記界面層に対して前記記録層と反対側に配置された電極と、をさらに備え、
    前記界面層が、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物及び弗化物から選ばれる少なくとも何れか一つの化合物を含む、
    請求項１に記載の情報記録媒体。
  9. 前記界面層が、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ及びＳｉから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｇａ、Ｉｎ及びＣｒから選ばれる少なくとも何れか一つの元素と、Ｏとを含む、
    請求項８に記載の情報記録媒体。
  10. 前記界面層の厚さが、１ｎｍから５ｎｍの範囲内である、
    請求項８に記載の情報記録媒体。
  11. 記録層を成膜する工程を少なくとも含み、
    前記工程において成膜された記録層は、Ｇｅ、Ｔｅ及びＳｂから成る材料を主成分として含み、前記材料が、図１に示す三角座標上で、座標（Ｇｅ，Ｔｅ，Ｓｂ）＝（ｘ，ｙ，ｚ）で表した場合、点（ａ）（３５，３５，３０）、点（ｂ）（３２．５，２７．５，４０）、点（ｃ）（２５，２５，５０）及び点（ｄ）（２７．５，３２．５，４０）で囲まれる領域内（但し、点（ａ）−点（ｂ）、点（ｂ）−点（ｃ）、点（ｃ）−点（ｄ）及び点（ｄ）−点（ａ）の各ライン上を含む。）の組成を有する、
    情報記録媒体の製造方法。
  12. 前記材料が、下記の式（２）：
    （Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a2Ｓｂa2（原子％） （２）
    （但し、ａ２は、３０≦ａ２≦５０を満たす。）で表される組成を有する、
    請求項１１に記載の情報記録媒体の製造方法。
  13. 前記材料におけるＳｂの一部がＭ１（但し、Ｍ１はＢｉ及びＩｎから選ばれる少なくとも何れか一つの元素）で置き換えられ、且つ前記材料に含まれるＭ１が前記材料全体の５原子％以下である、
    請求項１１に記載の情報記録媒体の製造方法。
  14. 前記材料におけるＧｅの一部がＳｎで置き換えられ、且つ前記材料に含まれるＳｎが前記材料全体の１０原子％以下である、
    請求項１１に記載の情報記録媒体の製造方法。
  15. 前記工程において成膜された記録層が、さらにＧａ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｓｉ及びＮから選ばれる少なくとも何れか一つの元素を含む、
    請求項１１に記載の情報記録媒体の製造方法。
  16. 請求項１１に記載の情報記録媒体の製造方法において、記録層を成膜する工程で用いられるスパッタリングターゲットであって、下記の式（３）：
    （Ｇｅ0.5Ｔｅ0.5）100-a3Ｓｂa3（原子％） （３）
    （但し、ａ３は、２８≦ａ３≦４８を満たす。）で表される組成を有する、
    スパッタリングターゲット。
JP2010532781A 2008-10-06 2009-09-04 情報記録媒体とその製造方法、及びスパッタリングターゲット Withdrawn JPWO2010041373A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008259236 2008-10-06
JP2008259236 2008-10-06
PCT/JP2009/004391 WO2010041373A1 (ja) 2008-10-06 2009-09-04 情報記録媒体とその製造方法、及びスパッタリングターゲット

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2010041373A1 true JPWO2010041373A1 (ja) 2012-03-01

Family

ID=42100335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010532781A Withdrawn JPWO2010041373A1 (ja) 2008-10-06 2009-09-04 情報記録媒体とその製造方法、及びスパッタリングターゲット

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20110079764A1 (ja)
JP (1) JPWO2010041373A1 (ja)
WO (1) WO2010041373A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5606390B2 (ja) * 2011-05-16 2014-10-15 株式会社東芝 不揮発性抵抗変化素子
US8618525B2 (en) * 2011-06-09 2013-12-31 Intermolecular, Inc. Work function tailoring for nonvolatile memory applications
US8722504B2 (en) * 2011-09-21 2014-05-13 Intermolecular, Inc. Interfacial layer for DRAM capacitor
JP5940924B2 (ja) * 2012-07-20 2016-06-29 株式会社日立製作所 低電力で動作する半導体記憶装置
CN103050624B (zh) * 2013-01-23 2015-01-21 中国科学院上海微***与信息技术研究所 用于相变存储器的Ga-Ge-Sb-Te薄膜材料
JP6505800B2 (ja) * 2017-09-20 2019-04-24 株式会社東芝 記憶装置
KR102161762B1 (ko) * 2019-07-17 2020-10-05 한양대학교 산학협력단 전압 펄스의 동작 조건을 조절하여 점진적 특성을 구현한 초격자 상변화 메모리 소자 및 그 동작 방법
JP2021048224A (ja) 2019-09-18 2021-03-25 キオクシア株式会社 不揮発性記憶装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1010519B (zh) * 1985-09-25 1990-11-21 松下电器产业株式会社 可逆的光学情报记录介质
JPH05174422A (ja) * 1991-12-20 1993-07-13 Hoya Corp 書換え可能型光情報記録媒体
US6821707B2 (en) * 1996-03-11 2004-11-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical information recording medium, producing method thereof and method of recording/erasing/reproducing information
JP3638152B2 (ja) * 1996-09-09 2005-04-13 松下電器産業株式会社 光学的情報記録媒体とその製造方法、光学的情報記録・再生方法及び光学的情報記録・再生装置
US6503690B1 (en) * 1997-08-12 2003-01-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical information recording medium, method for producing the same, and method for recording and reproducing optical information
JPH11115315A (ja) * 1997-08-12 1999-04-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学情報記録媒体とその製造方法、及びこの媒体を用いた情報の記録再生方法
JP4308741B2 (ja) * 2003-10-02 2009-08-05 パナソニック株式会社 情報記録媒体及びその製造方法
US7858290B2 (en) * 2003-10-02 2010-12-28 Panasonic Corporation Information recording medium and method for manufacturing the same
TW200534235A (en) * 2004-03-10 2005-10-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Information recording medium and method for manufacturing the same
JP4140060B2 (ja) * 2004-07-15 2008-08-27 日本電気株式会社 光学的情報記録媒体、光学的情報記録方法、及び光学的情報記録装置
WO2008026676A1 (fr) * 2006-09-01 2008-03-06 Panasonic Corporation Support d'enregistrement d'informations optique
US8017208B2 (en) * 2006-11-01 2011-09-13 Panasonic Corporation Information recording medium, target and method for manufacturing of information recording medium using the same
JP4964093B2 (ja) * 2006-11-01 2012-06-27 パナソニック株式会社 情報記録媒体、並びに、ターゲットおよびそれを用いた情報記録媒体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010041373A1 (ja) 2010-04-15
US20110079764A1 (en) 2011-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010041373A1 (ja) 情報記録媒体とその製造方法、及びスパッタリングターゲット
TWI469143B (zh) 資訊記錄媒體及其製造方法
EP1575043B1 (en) Information recording medium and method for manufacturing the same
EP1669207B1 (en) Information recording medium
JP4996607B2 (ja) 情報記録媒体とその製造方法、及びスパッタリングターゲット
JP5560261B2 (ja) 情報記録媒体
JP5100846B2 (ja) 情報記録媒体とその製造方法、およびスパッタリングターゲット
WO2007063687A1 (ja) 情報記録媒体とその製造方法
EP1501091B1 (en) Information recording medium and method for producing the same
CN101522431A (zh) 信息记录介质及其制造方法、以及溅射靶
WO2006134721A1 (ja) 情報記録媒体とその製造方法
JP4210620B2 (ja) 情報記録媒体とその製造方法
JP4308160B2 (ja) 情報記録媒体とその製造方法
JP4871733B2 (ja) 情報記録媒体とその製造方法
JP4468984B2 (ja) 情報記録媒体とその製造方法
JP4227554B2 (ja) 情報記録媒体とその製造方法
JP5226537B2 (ja) 情報記録媒体およびその製造方法、スパッタリングターゲットならびに成膜装置
JP4308741B2 (ja) 情報記録媒体及びその製造方法
JP2004234817A (ja) 情報記録媒体とその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120329

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20130515