(57)【要約】【課題】半導体層とこの半導体層上に形成された強誘電体の層とを有する情報記録媒体において、比較的低い記録電圧で、迅速な記録を行うことが可能な記録媒体を与える。【解決手段】前記情報記録媒体において、前記半導体層の厚みが、強誘電体の分極反転時に、半導体層が十分厚い場合に、過渡的に半導体層中に生じる空乏層の最大厚みに対して、薄い事を特徴とする情報記録媒体を用いる。【選択図】図１
2008065949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも半導体層と強誘電体層の２層をもつ情報記録媒体において、前記半導体層の厚み（ｄsemi）が、半導体層が十分厚い場合に、強誘電体の分極反転時に過渡的に半導体層中に生じる空乏層の最大厚み（ｄdep_max）に対して、
ｄsemi＜ｄdep_max
なる事を特徴とする情報記録媒体。
【請求項２】
少なくとも半導体層と強誘電体層の２層をもつ情報記録媒体で、該半導体層の厚み（ｄsemi）が、半導体層が十分厚い場合に、該強誘電体の分極反転時に過渡的に半導体層中に生じる空乏層の最大厚み（ｄdep_max）に対して、
ｄsemi＜ｄdep_max
であるような情報記録媒体に対して、
該過渡的に半導体層中に生じる空乏層中の電界が、該半導体の静電破壊電圧を上回る様な電圧を印加することにより情報の記録を行う事を特徴とする情報記録方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は情報記録媒体に関し、特に詳細には、強誘電体の分極の方向により情報を記録する情報記録媒体のうち、半導体層と強誘電体の層とを有する記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像信号や音声信号等の各種情報を記録する、或いは、コンピュータ用データメモリとして使用される超高密度記録可能な情報記録媒体として、半導体層とこの半導体層上に形成された強誘電体の層とを有し、この強誘電体の分極の方向により情報を記録するものが知られている（特許文献１）。この情報記録媒体への記録は、導電性ヘッド（電極）を強誘電体層上で移動させつつ該層に電圧を印加することにより、この強誘電体層の所定部分のみを選択的に所定方向に分極させて行なわれる。またこの情報記録媒体からの情報再生は、上記強誘電体の分極のために半導体層中に形成される空乏層による記録媒体の静電容量変化を、導電性ヘッドで検出することにより行なわれる。
【０００３】
ところで、上記のような情報記録媒体に情報を記録する際、記録速度は強誘電体の分極反転の速度で決まる。この分極反転の速度は、強誘電体材料毎に固有の値を取ると考えられてきたが、分極反転速度を支配するもう一つの要因があることが開示されている。特許文献２によれば、半導体層に空乏層を形成する方向の分極反転の時、例えば、例えば半導体層にｐ型半導体を用いる場合は＋電圧を印加する側であり、半導体層にｎ型半導体を用いる場合は−電圧を印加する側で、半導体層の強誘電体層側の界面に蓄積すべき反転キャリアの発生数に分極反転が律速され、分極反転速度が低下する。
【０００４】
特許文献２では、その課題に対する一つの施策として情報記録方法が開示されている。即ち、前述した半導体層と強誘電体の層とを有する情報記録媒体に対して電圧を印加して、強誘電体の分極の方向により情報を記録する情報記録方法において、上記印加電圧の値を、半導体層に生じる空乏層になだれ破壊電圧（なだれ破壊を引き起こす最低の電圧）以上の電圧を印加する情報記録方法である。しかし、この方法では印加する電圧が著しく高くなる課題がある。
【特許文献１】特開昭５７−２７４４７号公報
【特許文献２】特開平６−６８５３０号公報
【特許文献３】特開２０００−１８２２８８号公報
【特許文献４】特開平６−１３９６３１
【非特許文献１】R.C. Barrettら、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス ７０巻 2725頁〜2733頁 （1991年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の鑑みてなされたものであり、空乏層のなだれ破壊電圧を低下させることが可能な情報記録媒体を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、図１に示すように少なくとも半導体層２と強誘電体層１の２層をもつ情報記録媒体２において、前記半導体層の厚み５（ｄsemi）が、強誘電体の分極反転時に、半導体層が十分厚い場合（図２）に、過渡的に半導体層１０中に生じる空乏層１５の最大厚み１３（ｄdep_max）に対して、
ｄsemi＜ｄdep_max
なる事を特徴とする情報記録媒体を提供する。
【０００７】
本発明によれば、強誘電体の分極反転時に、半導体層が十分厚い場合、過渡的に半導体層１０中に生じる空乏層１５の厚みを、前記ｄdep_max１３よりも薄い半導体の厚み５に、強制的に固定してしまうのである。この時、空乏層７中の電圧は、導電層３により強制的に引き下げられる（図３破線１７）。即ち、電圧の変化の勾配（即ち電界）を、強制的に大きくすることが出来る訳である。従って十分に厚い半導体基板を用いている場合（図２）よりも低い電圧で半導体層２中の空乏層７になだれ破壊を引き起こす事が可能になる。
【０００８】
また、前記ｄsemi５は、前記ｄdep_max１３に対して１／３以下である事が望ましい。前述のとおりｄsemi５がｄdep_max１３より小さければ空乏層７中の電界を大きくする効果がある訳であるが、ｄsemi５がｄdep_max１３の１／３以下の範囲で急峻に空乏層７中の電界が高くなる。即ち、空乏層７中になだれ破壊を発生させるための印加電圧を低下させる効果が顕著になる。
【０００９】
さらに、前記半導体層２の強誘電体層１の形成されていない反対側に、導電層３を備えることが望ましい。この導電層３を所望の電圧に保つことで、空乏層中の電界を制御することが出来る。また、空乏層７中の電界は、原理的に、強誘電体層上部電極４と導電層３間の電位差に正の相関があるので、導電層３の電位を強誘電体層上部電極４への印加電圧は反対の符号の電位とすることで、より大きな空乏層７中電界を得ることが出来る。
【００１０】
また本発明は、少なくとも半導体層２と強誘電体層１の２層をもつ情報記録媒体で、該ｄsemi５が、強誘電体の分極反転時に、半導体層が十分厚い場合に、過渡的に半導体層１０中に生じる空乏層１５の最大厚み１３（ｄdep_max）に対して、
ｄsemi＜ｄdep_max
であるような情報記録媒体に対して、該過渡的に半導体層中に生じる空乏層中の電界が、該半導体のなだれ破壊電圧を上回る様な電圧を印加することにより情報の記録を行う事を特徴とする情報記録方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
以上のごとく、本発明の記録媒体を用いる事により、空乏層中になだれ破壊を発生させる為の印加電圧を低下させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するため最良の形態について説明する。
本発明による情報記録媒体は、図１に示すように半導体層２とこの半導体層２上に形成された強誘電体層１とを有し、この強誘電体の分極８の方向により情報を記録する情報記録媒体において、前記ｄsemi５が、前記ｄdep_max１３に対して小さいことを特徴とするものである。本発明にかかる情報記録媒体は、好ましい形態としては、基材１０１上に導電性層３、所望の厚みの半導体層２、強誘電体層１を順じ積層した構造となる。以下各々の層の材料や形成方法について好ましい形態を説明する。
【００１３】
本発明方法において用いられる強誘電体材料としては、無機材料ではペロブスカイト構造の強誘電体、チタン酸バリウム、チタン酸鉛−ジルコン酸鉛固溶体、チタン酸ビスマス、タングステン・ブロンズ構造のニオブ酸ストロンチウム−ニオブ酸バリウム、硫酸グリシン、硝酸カリ、リン酸カリ、亜硝酸ナトリウム、ＳｂＳＩ等が挙げられる。また有機の強誘電体材料としては、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）ポリマーもしくはそれを含む共重合体、奇数次のナイロン、あるいはシアン化ビニリデンもしくはそれを含む共重合体、フッ化ビニル（ＶＦ）ポリマーもしくはそれを含む共重合体等が挙げられる。
【００１４】
前記強誘電体層１の厚み６は、０．０１μｍ〜５μｍ程度が望ましい。この範囲よりも薄いと僅かな印加電圧で強誘電体が絶縁破壊してしまう等、実用上扱い辛い。またこの範囲より厚いと情報記録の為の印加電圧が大きくなりすぎる。より好ましくは、０．０５μｍ〜０．５μｍ程度である。
【００１５】
前記強誘電体層１は、公知の方法で作成することが出来る。前記無機強誘電体では、種々のＣＶＤ法、ＰＶＤ法や、ゾルゲル法に代表される各化合物の金属イオンを含む溶液を基材に塗布しその後焼成するような方法が良い。また前記有機強誘電体では、溶媒に溶解した材料をスピンコート等で基材に塗布する方法や、種々のＰＶＤ法、或いは厚い材料を延伸によって薄い層に形成する方法などが良い。
【００１６】
半導体層２に用いられる材料としては、良く知られているように、Ｓｉ、Ｇｅ、あるいはＧａＡｓに代表される III−Ｖ属化合物半導体、さらにはＺｎＳｅ等のII−VI属化合物半導体等が用いられ得る。また、有機物半導体としてポリピロール、ポリチオフェン等も用いられ得る。これらは、単結晶、多結晶あるいはアモルファスでもよい。
【００１７】
半導体層２は、プラスチック、ガラス、金属からなる基材１０１の上に形成する。ここで該基材１０１は、表面に物理的構造の無い平らな基材や、予め案内溝あるいはピットや、セクタ情報を示すピット等が設けられたものでも良い。
【００１８】
前記半導体層２の特性として、抵抗率が０．０１Ωｃｍ〜１０００Ωｃｍ程度とするのが良く、好ましくは０．１Ωｃｍ〜１００Ωｃｍである。また、好ましいくは、不純物をドープしたｎ型もしくはｐ型シリコンであり、シリコン中の不純物濃度は１０１９〜１０２４ｍ−３程度、好ましくは１０２０〜１０２３ｍ−３である。
【００１９】
本特許の大きな特徴である前記半導体層２の厚み５は、前述のとおりｄsemi５＜ｄdep_max１３である。例えば、該半導体層２がｐ型シリコンで不純物濃度1021 m−３、強誘電体層１がポリフッ化ビニリデン／３フッ化エチレン共重合体（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）で厚み６が１μｍの場合、該半導体層２の厚み５は１０μｍ以下とすることが好ましく、３μｍ以下である事がよりこの望ましい。また同じ半導体材料、強誘電体材料を用い、強誘電体層膜厚６が０．１μｍの場合、半導体層２の厚み５は５μｍ以下とすることが好ましく、１．５μｍ以下である事がより望ましい。
【００２０】
半導体層２の形成方法としては、公知の方法が用いられる。先ず厚い半導体基板から機械研磨により所望の薄い半導体層を形成する方法がある。例えば、両面が鏡面研磨されたシリコンウエファーに、一方の面を後述する導電層となすためシリコンの導電型（ｐ型あるいはｎ型）に応じた不純物を高濃度にドープする。そのドープした面を、機械研磨の際の支持体となるガラス等の基材に接着する。このとき、接着方法は、陽極接合等の接着剤を用いない方式が望ましい。その後公知の機械研磨方法により、シリコン層の膜厚が前述のとおり１０μｍ以下等の所望の厚みに研磨し、本発明の半導体層を得る。また公知の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成する際の方法を用いることも出きる。例えば、ガラス、シリコン、プラスチック、金属等からなる基材上に、ＣＶＤ等の気相成長法でアモルファスシリコンや多結晶シリコン層等を所望の厚みで形成することができる。また、その後レーザーアニ-ル等の方法により結晶性を向上させるような処理を行なうこともできる。このとき導電層は、先ず基材上に最初に高ドープのシリコン膜を形成する等の方法によって形成することができる。ポリピロール等の有機半導体を用いる場合は、塗布により形成することができる。
【００２１】
導電層３は、一部前述したように、種々の金属薄膜、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの透明導電膜、或いは高濃度に不純物ドープし低抵抗率の半導体等が用いられる。金属薄膜を用いる場合は、基材上に先ず該金属薄膜を形成したのち、半導体層を形成する工程で行なうことができる。ここで金属薄膜は、アルミニウム、金、銅、銀、クロム等の単体、合金または多層膜が用いることができる。また透明導電膜は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等が用いることができる。それら導電層は、スパッタリング、真空蒸着等のＰＶＤ法、或いはＣＶＤ法等々の公知の方法により形成する。高ドープ半導体を用いる場合は、該半導体に適したドーパントをイオン注入法等の公知の方法により形成する。
【００２２】
本発明による情報記録媒体をもちいた情報の記録再生には、公知の種々の方法を用いることができる。例えば、特許文献４に開示されているような記録媒体と接触・摺動する可動電極を用い、記録時にはその電極と該情報記録媒体の導電層との間に記録すべき情報に応じた電圧を印加し情報記録を行い、また、情報再生時には、該可動電極と該導電層との間の静電容量を計測し情報を再生する。また、特許文献３に開示されているように、可動電極を空気ベアリングにより浮上させて情報記録媒体と非接触に記録再生を行ってもよい。或いは、非特許文献１に開示されているように、走査型プローブ顕微鏡の技術を用いて記録再生を行うこともできる。
【００２３】
さらに、本情報記録媒体を用いて、前記可動電極の代わりに固定された電極を設け、いわゆるモノリシックのＬＳＩのように、用いることもできる。
【実施例１】
【００２４】
次に、本発明を、実施例を用いて更に詳しく説明する。以下の全ての実施例及び比較例は、本発明の効果を数値計算によって検証した内容である。計算には、ポアソン方程式を用いた。また、そのなかで強誘電体の電気的振る舞いを記述する式は、Ｍｉｌｌｅｒの式を用いた。半導体層２として、不純物濃度５×１０２１ｍ−３、厚み５は２．５μｍのｐ型シリコン（ｐ−Ｓｉ）を用い、導電層３としては、前記シリコン層の一方にリンを高ドープして成した。強誘電体層１は有機強誘電体であるＶＤＦ／ＴｒＦＥとし、厚み６は１μｍを形成した。ここで該ＶＤＦ／ＴｒＦＥの強誘電物性としては自発分極６５ｍＣ／ｍ2、抗電界５０ＭＶ／ｍとした。この情報記録媒体の強誘電体層１上部の上部電極４と導電層３との間に＋１５０Ｖを印加した。ここで電圧の符号は、導電層３の電位をゼロとしたものである。この時、半導体層２中に形成される空乏層７中の電界の最大値は、４１ＭＶ／ｍであった。本実施例に用いたシリコンでは、なだれ破壊が発生する電界は、約３０ＭＶ／ｍである。従って、本実施例の場合、現実にはなだれ破壊が発生し、強誘電体層１中では分極反転が起こっている訳である。
【比較例１】
【００２５】
実施例１に対して、半導体層１０の厚みを１００μｍとする以外、同様に計算を行った。この時半導体層１０中に形成された空乏層１５中の最大電界は、１８ＭＶ／ｍであった。この電界ではなだれ破壊電界を超えておらず、強誘電体９には比較的低い電界しか印加されていない。本比較例の場合、高速の分極反転を狙い、なだれ破壊を発生させる為には、約＋２５０Ｖの電圧を印加する必要がある。
【実施例２】
【００２６】
実施例１に対して、以下の点のみ変更し、同様の計算を行った。変更点は、半導体層２の厚み５を０．２５μｍ、強誘電体層１の厚み６を０．１μｍ、印加する電圧を１５Ｖとした点である。この時、半導体層２中に形成される空乏層７中の電界の最大値は、３９ＭＶ／ｍであった。実施例１と同じく、なだれ破壊が発生する電界は、約３０ＭＶ／ｍである。従って、本実施例の場合、現実にはなだれ破壊が発生し、強誘電体層１中では分極反転が起こっている訳である。
【比較例２】
【００２７】
実施例２に対して、半導体層１０の厚みを１０μｍとする以外、同様に計算を行った。この時半導体層１０中に形成された空乏層１５中の最大電界は、８ＭＶ／ｍであった。この電界ではなだれ破壊電界を超えておらず、強誘電体９には比較的低い電界しか印加されていない。本比較例の場合、高速の分極反転を狙い、なだれ破壊を発生させる為には、約＋５０Ｖの電圧を印加する必要がある。
【００２８】
以上の実施例、比較例から分かるように、本発明の情報記録媒体を用いることにより、半導体空乏層中のなだれ破壊を発生させ得る印加電圧を、著しく小さくすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の情報記録媒体の断面の概念図。
【図２】比較例にかかわる従来の情報記録媒体の断面の概念図。
【図３】情報記録媒体の厚み方向の電位分布の概念図。
【符合の説明】
【００３０】
１  本発明の強誘電体層
２  本発明の半導体層
３  本発明の導電層
４  本発明の上部電極
５  本発明の半導体層の厚み
６  本発明の強誘電体層の厚み
７  本発明の空乏層
８  本発明の強誘電体層の分極を示す概念図
９  従来の強誘電体層
１０  従来の半導体層
１１  従来の導電層
１２  従来の上部電極
１３  従来の半導体層の厚み
１４  従来の強誘電体層の厚み
１５  従来の空乏層
１６  従来の強誘電体層の分極を示す概念図
１７  本発明の空乏層中の電位分布
１８  従来の空乏層中の電位分布
１０１  本発明の基材
【図１】
2008065949.tif 000003
【図２】
2008065949.tif 000004
【図３】
2008065949.tif 000005