(57)【要約】【課題】強誘電体キャパシタからなる情報記録素子から非破壊で情報を読み出す際に、情報の劣化を小さくする。【解決手段】前記強誘電体キャパシタにおいて、該強誘電体がフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）共重合体に代表される高分子強誘電体である特徴とする情報記録素子を用いる。【選択図】図２
2008244203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に形成された導電体膜からなる第１の電極と、前記第１の電極上に形成された電気分極可能で且つ該電気分極が外部から電圧を加えられていない場合にゼロでない値で保持し得る材料と、該電気分極可能な材料上に形成された導電体膜からなる第２の電極を有する情報記録素子において、該電気分極可能な材料が高分子材料であることを特徴とする情報記録素子。
【請求項２】
請求項１に記載の情報記録素子において、前記第１、及び第２の電極が、金（Ａｕ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）単体、若しくはそれらを主成分とする合金であり、且つ、前記電気分極可能な高分子材料が、フッ化ビニリデンの単体、若しくはその共重合体であることを特徴とする情報記録素子。
【請求項３】
基材上に形成された導電体膜からなる第１の電極と、前記第１の電極上に形成された電気分極可能で且つ該電気分極が外部から電圧を加えられていない場合にゼロでない値で保持し得る材料と、該電気分極可能な材料上に形成された導電体膜からなる第２の電極を有する情報記録素子に対し論理情報を記録及び再生する方法であって、該情報を記録する際に前記電気分極可能な材料の抗電圧より大きな電圧であり論理状態の“１”または“０”に対応させた正または負の電圧を印加して情報を記録し、該情報を再生する際には前記抗電圧よりも小さな１つないし複数の周波数を持つ電圧を印加し該情報記録素子に流れた応答電流の線形成分又は非線型成分により論理情報を判別し読み出す情報記録素子の情報記録再生方法において、該情報を記録する際に実際の論理情報を記録する素子の他に加えて少なくとも２つの情報記録素子に対し正負１対の記録電圧を印加し論理状態の“１”及び“０”の情報を記録し、且つ、該情報を再生する際には該付加された１対の素子の応答電流の線形成分又は非線型成分を基に実際の論理情報が記録された素子の応答電流の線形成分又は非線型成分を論理情報に変換する時のしきい値を決定することを特徴とする情報記録素子の記録再生方法。
【請求項４】
基材上に形成された導電体膜からなる第１の電極と、前記第１の電極上に形成された電気分極可能で且つ該電気分極が外部から電圧を加えられていない場合にゼロでない値で保持し得る材料と、該電気分極可能な材料上に形成された導電体膜からなる第２の電極を有する情報記録素子に対し情報を記録及び再生する方法において、該情報を記録する際に１つの論理情報に対して並列に接続された互いに異なる分極状態をとる１対の情報記録素子を記録し、且つ、該情報を再生する際には該並列に接続された１対の情報記録素子に対し直流電圧に交流電圧が重畳された電圧を印加し各々の情報記録素子に流れた２つの応答電流値の差分を用い該情報を再生する方法を特徴とする情報記録素子の記録再生方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の情報記録素子の記録再生方法において、前記第１、及び第２の電極が、金（Ａｕ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）単体、若しくはそれらを主成分とする合金であり、且つ、前記電気分極可能な高分子材料が、フッ化ビニリデンの単体、若しくはその共重合体である情報記録素子を対象として行うことを特徴とする情報記録素子の記録再生方法。
【請求項６】
少なくとも、基材上に形成された導電体膜からなる第１の電極と、前記第１の電極上に形成された電気分極可能で且つ該電気分極が外部から電圧を加えられていない場合にゼロでない値で保持し得る材料と該電気分極可能な材料上に形成された導電体膜からなる第２の電極を有する情報記録素子を複数個２次元的に配置しマルチプレクサ回路を用いることで任意の該情報記録素子を選択できるような電極を有する情報記録素子アレイと、該情報記録素子アレイの中から任意の情報記録素子を選択することができるマルチプレクサ部と、論理情報に対応した正または負の電圧を発生させる記録電圧発生部と、１つないし複数の周波数を持つ電圧を発生させる回路とからなる読み出し電圧発生部と、該読み出し電圧発生部の出力電圧を選択した情報記録素子に印加し該情報記録素子に流れた応答電流の線形成分又は非線型成分により論理情報を判別する情報再生部とを備えた情報記録装置において、少なくとも、情報を記録する際に実際の論理情報を記録する素子の他に加えて少なくとも２つの情報記録素子に対し正負１対の記録電圧を印加する回路と、情報を再生する際に該付加された１対の素子の応答電流の線形成分又は非線型成分を基に実際の論理情報が記録された素子の応答電流の線形成分又は非線型成分を論理情報に変換する時のしきい値を決定する回路とを備えたことを特徴とする情報記録装置。
【請求項７】
少なくとも、基材上に形成された導電体膜からなる第１の電極と、前記第１の電極上に形成された電気分極可能で且つ該電気分極が外部から電圧を加えられていない場合にゼロでない値で保持し得る材料と該電気分極可能な材料上に形成された導電体膜からなる第２の電極を有する情報記録素子を複数個２次元的に配置しマルチプレクサ回路を用いることで任意の該情報記録素子を選択できるような電極を有する情報記録素子アレイと、該情報記録素子アレイの中から任意の情報記録素子を選択することができるマルチプレクサ部と、論理情報に対応した正または負の電圧を発生させる記録電圧発生部と、１つないし複数の周波数を持つ電圧を発生させる回路とからなる読み出し電圧発生部と、該読み出し電圧発生部の出力電圧を選択した情報記録素子に印加し該情報記録素子に流れた応答電流の線形成分又は非線型成分により論理情報を判別する情報再生部とを備えた情報記録装置において、少なくとも、該情報を記録する際に１つの論理情報に対して並列に接続された互いに異なる分極状態をとる１対の情報記録素子を記録する回路と、該情報を再生する際には該並列に接続された１対の情報記録素子に対し直流電圧に交流電圧が重畳された電圧を印加し各々の情報記録素子に流れた２つの応答電流値の差分を検出する回路とを備えたことを特徴とする情報記録装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の情報記録装置において、前記第１、及び第２の電極が、金（Ａｕ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）単体、若しくはそれらを主成分とする合金であり、且つ、前記電気分極可能な高分子材料が、フッ化ビニリデンの単体、若しくはその共重合体であることを特徴とする情報記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分極可能で且つ該電気分極を外部から電圧を加えられていない場合にゼロでない電気分極を保持し得る材料を用いたキャパシタを利用し該電気分極状態で情報を記憶する情報記録素子、情報記録再生方法及び情報記録装置に関するものである。特に、該情報の非破壊的読出しに好適な情報記録素子、情報記録再生方法及び情報記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分極可能で且つ該電気分極を外部から電圧を加えられていない場合にゼロでない電気分極を保持し得る材料、例えば種々のエレクトレット材料や強誘電体材料を用いたキャパシタ（以下簡単の為に「強誘電体キャパシタ」と記す）を利用し、その分極状態で情報を記憶する不揮発メモリ素子が知られている。その強誘電体キャパシタから分極状態によって保持された情報を読み出す方法として、該情報を一旦破壊して読み出す方法（以下、破壊読み出し法）及び破壊せずに読み出す方法（以下、非破壊読み出し法）
【０００３】
破壊読み出し法は、特許文献１に開示されているように、読み出すべく選択された強誘電体キャパシタに対しある特定の方向で強誘電体の抗電圧（Ｖｃ）よりも高い電圧を印加する。この電圧の印加方向が、書き込み時の印加方向と同じであれば、変位電流は、わずかしか流れない。また、これに対して、書き込み時の印加方向と反対方向であれば分極反転に伴う大きな電流が流れる。これらの電流値の違いを読み取ることで、“１”と“０”が判別される。この時、当然、分極状態として記録された情報は破壊される。従って、一旦情報を読み出した後、再度情報を記録することが必要となる。
【０００４】
破壊読み出し法に対し、読み出しの際に情報を破壊しない非破壊読み出し法についても従来から種々の試みがなされている。例えば特許文献２乃至４にその方法が開示されている。それらの従来技術に共通することは、Ｖｃ１１よりも低い絶対値を持つ読み出し電圧（ＶＲ）を、パルス状やバイアス電圧１２と高周波電圧を重畳した波形など様々なかたちで強誘電体キャパシタに印加し、その電流応答の様々な成分を検出することで、分極状態を判別するということである。図１は、前記バイアス電圧１２と高周波電圧を重畳した波形で測定した比誘電率と強誘電体キャパシタに印加する電圧との関係を示したものである。
【特許文献１】特表２００１−５１５２５６号公報
【特許文献２】特開平５−５５６６４号公報
【特許文献３】米国特許第５，２６２，９８２号公報
【特許文献４】特表２００４−５１５０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来技術が依然として実用に供されていないことの一つの課題としては、以下がある。非破壊読み出し法において、情報を読み出す為にＶＲを印加すると、その絶対値がＶｃ以下であったとしても、一般に、分極の絶対値は若干減少する。従って情報を読み出す際にも寿命が存在する（以下、読み出し寿命）のである。
【０００６】
この分極のその減少の度合いは、強誘電体キャパシタを構成する分極可能な材料や、該材料と電極材料の組み合わせによって異なる。特許文献２では、分極可能な体材料としては、（ＮＨ4）Ｈ（ＳＯ4）2が明細書に開示されているのみであり、電極材料については具体的には開示されていない。また、非破壊読み出し時の分極減少についてそれを解決しようとする思想は、全く開示されていない。特許文献３では、分極可能な材料については何ら言及が無く、分極減少の課題については、特許文献２と同様に全く触れられていない。特許文献４では、分極可能な材料については、ＰＺＴ等の無機材料及びポリマー材料が開示されている。しかし、具体的な材料の組成や電極材料との関係については開示されていない。また分極減少の課題については、特許文献２、３と同様に全く触れられていない。
【０００７】
本発明は、第１には、上記の鑑み、分極状態により情報を記録した強誘電体キャパシタから情報を非破壊読み出しする際に、その「読み出し寿命」を長寿命化することが可能な情報記録素子、情報記録再生方法及び情報記録装置を提供する事を目的とする。
【０００８】
また第２には、「読み出し寿命」を長寿命化するために、強誘電体キャパシタに情報を記録した後、強誘電体キャパシタの特性が経時によって変動してもその影響を受けることなく分極状態によって記録された情報を信頼性高く非破壊で読み出すことの出来る情報記録素子、情報記録再生方法及び情報記録装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、図２に示すように基材２１上に形成された導電体膜からなる第１の電極２２と、前記第１の電極２２上に形成された電気分極可能で且つ該電気分極が外部から電圧を加えられていない場合にゼロでない値で保持し得る材料２３と、該電気分極可能な材料２３上に形成された導電体膜からなる第２の電極２４を有する強誘電体キャパシタからなる情報記録素子において、該電気分極可能な材料が高分子材料であることを特徴とする情報記録素子を提供する。
【００１０】
ここで、前記強誘電体キャパシタは基材２１の同一平面上に複数個が２次元的なアレイ状に形成されていてもよい。更に、該２次元的アレイの層が、基材２１に対して垂直方向に複数層積層されていてもよい。
【００１１】
また、前記強誘電体キャパシタの第１、及び第２の電極２２，２４が、金（Ａｕ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）単体、若しくはそれらを主成分とする合金であり、且つ、前記電気分極可能な高分子材料２３が、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）の単体若しくはその共重合体であることが好ましい。更にＶＤＦの単体もしくはその共重合体は、ＶＤＦと３フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）との共重合体であることが好ましい。
【００１２】
本発明者らが鋭意研究した結果、高分子材料なかんずくＶＤＦの単体若しくはその共重合体は分極をある方向に保持する特性（以下、異方性）が、従来発明に開示されている無機材料に比べて非常に強く、ＶＲを印加して電気分極状態の非破壊読み出しを行う際に、該電気分極の減少度合いを非常に小さくすることが可能になった。従って、読み出し寿命が長寿命化することが可能になったのである。
【００１３】
加えて、ＶＤＦの単体若しくはその共重合体でその厚みが０．０２μｍ乃至０．１μｍであり且つ金属電極としてＡｕ若しくはＰｔの単体及び／又はそれらを主成分とする合金を用いた組み合わせの強誘電体キャパシタを用いることにより、情報を記録する際に必要な電圧を概ね数Ｖという実用的な値まで低下させ、且つ記録に要する時間もバルク材料と同様のマイクロ秒以下を実現することが可能となる。
【００１４】
また本発明は、強誘電体キャパシタからなる情報記録素子に対し論理情報を記録及び再生する方法及びその為の回路を備えた情報記録装置であって、該情報を記録する際に強誘電体の抗電圧より大きな電圧であり論理状態の“１”または“０”に対応させた正または負の電圧を印加して情報を記録し、該情報を再生する際には前記抗電圧よりも小さな１つないし複数の周波数を持つ電圧を印加し該情報記録素子に流れた応答電流の線形成分又は非線型成分により論理情報を判別し読み出す情報記録素子の情報記録再生方法及びその為の回路を備えた情報記録装置において、該情報を記録する際に実際の論理情報を記録する素子の他に加えて少なくとも２つの情報記録素子に対し正負１対の記録電圧を印加し論理状態の“１”及び“０”の情報を記録し、且つ、該情報を再生する際には該付加された１対の素子の応答電流の線形成分又は非線型成分を基に実際の論理情報が記録された素子の応答電流の線形成分又は非線型成分を論理情報に変換する時のしきい値を決定することを特徴とする情報記録素子の記録再生方法及びその為の回路を備えた情報記録装置を提供する。
【００１５】
前記付加された１対の素子は、情報読み出す際の誤りを少なくするために用いられる。該強誘電体キャパシタは、記録を行った後経時するとその電気的特性は変動する。図３にはその一例として、フッ化ビニリデンの単体若しくはその共重合体であり且つ金属電極としてＡｕ若しくはＰｔの単体及び／又はそれらを主成分とする合金を用いた組み合わせの強誘電体キャパシタの比誘電率の経時変化を示す。この図には、“１”もしくは“０”の情報を読み出すことを模擬して、第１の電極２２を基準として第２の電極２４に正の電圧で記録を行った後の、第２の電極２４に正の１／４×ＶＣのバイアス電圧を印加し小振幅の高周波電圧による計測した比誘電率３１及び、及び負の１／４×ＶＣのバイアス電圧を印加した時の比誘電率３２の経時による変化を示している。ここで比誘電率により論理情報を非破壊で再生する時、あるしきい値比誘電率（εｔｈ）を設定し、該値以上の場合にその論理情報は“１”、逆に該εｔｈ以下の場合には“０”、というように判定する。この時、εｔｈを固定して決めた場合には、図３からわかるように、初期は正確に論理情報を判定できたとしても、ある一定時間経時し強誘電体キャパシタの電気的特性が変動した場合に、論理情報の判定を誤ることが発生する。本発明が提供するように、論理情報を再生する前に先ず前記付加された１対の強誘電体キャパシタの電気的特性を測定し論理情報を判定する為のしきい値を決定し、その後実際の情報が記録されている強誘電体キャパシタについて情報を再生することにより、前述のような誤りを生じさせることが無い。
【００１６】
ここで段落００１４中に記載の強誘電体キャパシタの第１、及び第２の電極は金（Ａｕ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）単体若しくはそれらを主成分とする合金であり、且つ、強誘電体材料が高分子であり、更にフッ化ビニリデンの単体、若しくはその共重合体であることが好ましい。
【００１７】
また本発明は、強誘電体キャパシタからなる情報記録素子に対し情報を記録及び再生する方法及びその為の回路を備えた情報記録装置において、該情報を記録する際に１つの論理情報に対して並列に接続された互いに異なる分極状態をとる１対の情報記録素子を記録し、且つ、該情報を再生する際には該並列に接続された１対の情報記録素子に対し直流電圧に交流電圧が重畳された電圧を印加し各々の情報記録素子に流れた２つの応答電流値の差分を用い該情報を再生する方法を特徴とする情報記録素子の記録再生方法及びその為の回路を備えた情報記録装置を提供する。
【００１８】
本発明によれば、段落００１５中に記載したように強誘電体キャパシタの電気的特性が変動しても、その影響は前記並列に接続された互いに異なる分極状態をとる１対の強誘電体キャパシタに対して略同様に作用するので、それらの応答電流値の差分をとることで該電気的特性の変動の影響を相殺することができ、誤りの少ない情報再生が行われるのである。
【００１９】
ここで、前記１対の強誘電体キャパシタは、基材の面内に形成されている２次元的アレイに形成されていても良いし、垂直方向に積層されていても良い。特に垂直方向に積層されていることがより好ましい。該垂直積層構造では、単位面積あたりの情報記録密度を低下させることが無く、また、１対の強誘電体キャパシタを結合する為の電極配線を１つの金属層で共有することができ素子の製造工程が簡易になる。
【００２０】
また前記強誘電体キャパシタの第１、及び第２の電極は金（Ａｕ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）単体、若しくはそれらを主成分とする合金であり、且つ、前記電気分極可能な高分子材料が、フッ化ビニリデンの単体、若しくはその共重合体であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上のごとく、本発明の情報記録素子、情報記録再生方法及び情報記録装置を用いる事により、強誘電体キャパシタを構成する分極可能な材料のＶｃ以下のＶＲを印加して非破壊読み出しを行う素子において、読み出し寿命を長寿命化することが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明の情報記録素子、情報記録再生方法及び情報記録装置を用いる事により、記録電圧を実用的な数Ｖという低い電圧を用いた場合でも、バルク材料と同じ記録速度で記録が可能であり、再生時には情報の誤りを少ない読み出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
本発明による情報記録素子は、図２に示すように基材２１と、基材２１上に形成された複数のライン状の第１の電極２２と、該第１の電極２２上に形成された電気分極可能な材料の層２３と、該電気分極可能な材料の層２３上に形成された第１の電極２２と略直交して配される複数のライン状の第２の電極２４を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。
【００２５】
本発明方法において用いられる電気分極可能な材料の層２３は、高分子からなる材料である。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望ましい。また特に望ましくは、ＶＤＦとＴｒＦＥとの共重合体であり、ＶＤＦ分率が５０／１００乃至９０／１００モル百分率であることが望ましい。
【００２６】
前記電気分極可能な材料の層２３は、その厚みが０．０２μｍ乃至０．５μｍであることが望ましい。この範囲よりも薄いと僅かな印加電圧で該電気分極可能な材料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、０．０２μｍ乃至０．１μｍ程度であることが望ましい。この範囲であると記録電圧が数Ｖになり、実用的にはより望ましい。
【００２７】
前記電気分極可能な材料の層２３は、公知の方法で作成することが出来る。溶媒に溶解した材料をスピンコート等で基材に塗布、加熱結晶化させる方法や、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。
【００２８】
第１の電極２２及び第２の電極２４の材料は、表面に酸化等による絶縁層が形成されにくいものが望ましい。金属であれば貴金属類が好ましい。特に、金（Ａｕ）若しくはプラチナ（Ｐｔ）単体、若しくはそれらを主成分とする合金が好ましく、更に好ましくはＡｕである。また導電性高分子も用いることが出来る。ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリチオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリピロールなどが好ましい。
【００２９】
第１の電極２２及び第２の電極２４の材料の形成方法としては、公知の方法が用いられる。金属電極であれば、真空蒸着、スパッタリング等の物理的蒸着法により形成することができる。また、導電性高分子であれば、溶剤に溶解もしくは微粒子状に分散させた該材料をスピンコートなどの方法で塗布、乾燥させ形成することができる。
【００３０】
第１の電極２２或いは第２の電極２４をライン上に形成する方法としても、公知の方法が用いられる。フォトリソグラフィーによるレジストパターン形成と、リフトオフ法或いは湿式もしくは乾式エッチング法を組み合わせた方法で行うことが好ましい。リフトオフ法を用いた方法では、フォトリソグラフィー等によりフォトレジストを第１の電極２２或いは第２の電極２４のパターンの反転パターンとして形成、その上に第１の電極２２或いは第２の電極２４の材料を一様に形成し、最後に該フォトレジストを湿式、もしくは乾式で取り除き、該フォトレジスト上に形成されていた第１の電極２２或いは第２の電極２４の材料も同時に取り除き、最終的に所望の第１の電極２２或いは第２の電極２４のパターンを得る。またエッチング法を用いた方法では、まず第１の電極２２或いは第２の電極２４の材料を一様に形成したのち、フォトリソグラフィー等によりフォトレジストを第１の電極２２或いは第２の電極２４のパターンと同じパターンとして形成し、最後に湿式もしくは乾式のエッチング法によりレジストによって保護されていない部分の第１の電極２２或いは第２の電極２４の材料の膜を取り除く。しかるのち、フォトレジスト層を剥離して、ライン状の第１の電極２２或いは第２の電極２４を得る。該エッチング方法としては、第１の電極２２或いは第２の電極２４がＡｕの場合は、真空中でアルゴン等のプラズマを用いてスパッタリングする方法が好ましい。
【００３１】
複数本からなる第１の電極２２或いは第２の電極２４は外部回路に接続される。該外部回路は、図４に示すように、少なくとも、該複数の強誘電体キャパシタの中から任意の強誘電体キャパシタを選択することができるマルチプレクサ部４２と、論理情報に対応した正または負の電圧を発生させる記録電圧発生部４３と、１つないし複数の周波数を持つ電圧を発生させる回路とからなる読み出し電圧発生部４４と、該読み出し電圧発生部の出力電圧を選択した強誘電体キャパシタに印加し該強誘電体キャパシタに流れた応答電流の線形成分又は非線型成分により論理情報を判別する情報再生部４５等を含む。
【００３２】
基材２１は、第１の電極２３が形成される面が絶縁体であれば、どのようなものでも用いることが出来る。ガラス、プラスチック、セラミックなどが好ましい。また導電性の金属、例えばシリコン等であっても第１の電極が形成される面に絶縁層、例えば酸化シリコン層、高分子層などが形成されていれば用いることができる。
【００３３】
本発明による情報記録再生方法は、前述した図２に示すような基材２１と、基材２１上に形成された複数のライン状の第１の電極２２と、該第１の電極２上に形成された電気分極可能な材料の層２３と、該電気分極可能な材料の層２３上に形成された第１の電極２２と略直交して配される複数のライン状の第２の電極２４を積層した構造の各々の強誘電体キャパシタにたいして以下のような方法で行う。
【００３４】
ある強誘電体キャパシタに対する記録は、外部回路により選択された強誘電体キャパシタに対してＶＣより大きな電圧を電気分極が反転するに十分な時間印加することで行う。強誘電体材料にＶＤＦとＴｒＦＥ共重合体を用いた場合、記録電圧はＶＣ以上乃至２倍のＶＣの範囲である事が好適である。更に１．２５×ＶＣ以上乃至２×ＶＣの範囲である事がより好適である。ＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体では、電気分極が反転に要する時間（以下分極反転時間）は電圧が高いほど短くなる。実用的には、前述の如きが好ましい。また余り電圧が高いと膜が電気的に破壊されてしまうため、前述の如きが好ましい。また、記録電圧を印加している時間は、前述の記録電圧の場合０．０１μ秒乃至１０μ秒の範囲が好ましい。
【００３５】
ある強誘電体キャパシタからの情報の再生は、外部回路により選択された強誘電体キャパシタに対して前記ＶＣよりも振幅の小さな１つないし複数の周波数を持つＶＲを印加しその応答電流の線形成分又は非線型成分により論理情報を判別し読み出す。線形成分を読み出す方法としては、ＶＲとして、パルス幅１００ｍ秒乃至１００μ秒、電圧１／８×ＶＣ乃至３／４×ＶＣのパルス電圧を読み出すべき強誘電体キャパシタに印加し、該強誘電体キャパシタに発生する電荷をチャージアンプで計測する方法がある。また、ＶＲとしてバイアス電圧と振幅の比較的小さな交流電圧を重畳させたものを用いブリッジ法或いはその他公知の方法で比誘電率を計測する方法もある。ここで該バイアス電圧は１／８×ＶＣ乃至３／４×ＶＣ程度が好ましく、また交流電圧の振幅は１／１０×ＶＣ以下が好ましい。その他公知の様々な方法が用いられることは言うまでもない。
【００３６】
また強誘電体キャパシタの電気的特性の経時での変化に対して情報をより正確に再生するために、読み出しの際、前記記録の際にデータとは別に補正用に少なくとも２つの強誘電体キャパシタに対し各々“１”，“０”の情報を記録しておき、先ず該補正用強誘電体キャパシタの状態を検出し、その値に基づいて実際のデータが記録されている強誘電体キャパシタの状態を計測、“１”，“０”の論理値に変換する際の２値化のしきい値を決めることを行うことが好ましい。例えば、線形成分を検出する際には、まず補正用強誘電体キャパシタの読み出し時点の比誘電率ε１，ε０を先ず検出し、実際のデータを２値化する際のしきい値εｔｈを、
εｔｈ  ＝  １／２（ε１＋ε０）
と定めることが好ましい。
【００３７】
また強誘電体キャパシタの電気的特性の経時での変化に対して情報をより正確に再生するためのもうひとつの読み出し方法としては、前記情報を記録する際に１つの論理情報に対して並列に接続された互いに異なる分極状態をとる１対の強誘電体キャパシタを記録しておき、該情報を再生する際には該１対の強誘電体キャパシタに対しバイアス電圧に交流電圧が重畳された電圧を印加し各々の情報記録素子に流れた２つの応答電流値の差分を用いる事が好ましい。
【００３８】
図５に該方式による再生回路のブロックダイアグラムを示す。ここで本発明の実施態様はこれに限定されるものでは無いことは言うまでもない。以降、前記差分を用いて論理情報を再生する時の具体的な考え方を以降に記す。バイアス電源５１の電圧をＶｂ、交流電源５２の電圧をｖ（ｔ）とする。マルチプレクサ回路５３によって選択される１対の互いに異なる分極状態をとる強誘電体キャパシタを各々Ｃ＋５４とＣ−５５として、該強誘電体キャパシタには、電圧Ｖｂ＋ｖ（ｔ）が加わることとなる。それぞれの強誘電体キャパシタに流れる電流をｊ＋（ｔ）、ｊ−（ｔ）と書くことにすると、演算増幅器５６の出力電圧Ｖ＋、及び、演算増幅器５７の出力電圧Ｖ−は、次式で与えられる。
【００３９】
【数１】
2008244203.tif 000003
【００４０】
【数２】
2008244203.tif 000004
【００４１】
次に、演算増幅器５８によって構成される差動増幅回路の出力電圧Ｖ３（ｔ）は、次式で与えられる。
【００４２】
【数３】
2008244203.tif 000005
【００４３】
次に、演算増幅器５９によって構成される積分回路の出力電圧は、次式で与えられる。
【００４４】
【数４】
2008244203.tif 000006
【００４５】
以上の述べた、数１、数２、数３、数４から、Ｖ４（ｔ）について次式が求まる。
【００４６】
【数５】
2008244203.tif 000007
【００４７】
ここで、Ｑ＋、Ｑ−はそれぞれＣ＋５４、Ｃ−５５の強誘電体キャパシタに蓄えられる電荷を表わす。数５は、演算増幅器５９の出力電圧は、強誘電体キャパシタＣ＋５４に蓄えられる電荷Ｑ＋と強誘電体キャパシタＣ−５５に蓄えられる電荷Ｑ−の差に比例することを示している。
【００４８】
さて、ガウスの定理を適用すると、一般に電荷Ｑを蓄えた面積Ｓ電極間距離ｄの平行平板電極に挟持された強誘電体キャパシタ内部の電束密度Ｄは、次式で与えられる。
【００４９】
【数６】
2008244203.tif 000008
【００５０】
一方、図５に示す構成において、電圧源の電圧がＶｂ＋ｖ（ｔ）であることから、誘電率εを電束密度と電場の比として求めると、次式を得る。ここで誘電率とは、比誘電率に真空の誘電率を乗じたものである。
【００５１】
【数７】
2008244203.tif 000009
【００５２】
Ｖｂに比べてｖ（ｔ）は十分小さいことから、誘電率は電荷量に比例する。従って演算増幅器５９の出力電圧V４は強誘電体キャパシタの異なる２つの分極状態における誘電率の差に比例する。強誘電体にＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体を用いた強誘電体キャパシタの比誘電率の経時変化を示した図３から判るように、異なる２つの分極状態における比誘電率各々は経時に変化しても、それらの差は殆ど変化していない。すなわち、前記方法により比誘電率の差を検出することにより、強誘電体キャパシタの電気的特性の経時での変化の影響を殆ど受けなくすることが出来るのである。
【００５３】
以上、本発明を実施するための最良の形態を、本発明の内の情報記録素子及び情報記録再生方法について詳細に述べた。本発明の情報記録装置は、これら情報記録素子及び情報記録再生方法を備えたものであることが好ましい。
【実施例１】
【００５４】
次に、本発明を、実施例を用いて更に詳しく説明する。本実施例では、強誘電体キャパシタは１ヶのみを作成した例である。基材はガラス板を用い、その上に真空蒸着法により幅３００μｍのＡｕからなる第１の電極を形成した。電極パターンは、電極パターンの形状に開口部を設けたマスクを基材に密着させ蒸着を行うこと形成した。該第１の電極が形成された基材に、ＶＤＦ／ＴｒＦＥ共重合体の膜を形成する。該共重合体の組成はＶＤＦ対ＴｒＦＥ＝７５対２５元素比である。該共重合体の粉末を炭酸ジエチルに溶解し、スピンコート法により該基材上に形成した。この時、０．４μｍの膜厚になるようにスピンコートの回転数等の条件を調整した。該ＶＤＦ／ＴｒＦＥ膜上に第２の電極を、第１の電極と同様にしてパターンは直交するように形成した。最後にＶＤＦ／ＴｒＦＥの結晶性を向上させるため１４０℃中で６０分保持し、強誘電体キャパシタを形成した。
【００５５】
前記のように形成した強誘電体キャパシタに情報の記録再生を行った例を次に説明する。該強誘電体キャパシタのＶＣは予め実験して求めており４０Ｖであった。まず情報“１”を記録する。該強誘電体キャパシタに対し、第１の電極を基準として、第２の電極に電圧値＋６０Ｖ、パルス幅１０μ秒の記録パルスを印加した。次に、１０秒後、情報再生として、第２の電極に＋１０Ｖのバイアス電圧に振幅＋１Ｖ周波数１０ｋＨｚの交流を重畳した読み出し電圧を印加し、ブリッジ法で該強誘電体キャパシタの比誘電率を測定した。この時比誘電率は５．９であった。
【００５６】
次に、情報“０”の記録再生を、模擬的に行う。本来であれば、上記“１”の記録再生と全く逆の工程を行うべきところであるが、本実施例では、簡単のため、情報記録時は前記“１”の記録と同様に行い、再生時に第２の電極に−１０Ｖのバイアス電圧を用いることで、模擬的に行った。本ＶＤＦ／ＴｒＦＥでは、電圧の正負に対して特性は全く対称的であるので、本実施例のように＋６０Ｖ書き込み、−１０Ｖバイアス電圧再生を行うことと、本来の情報“０”の記録再生、即ち、−６０Ｖ書き込み、＋１０Ｖバイアス電圧再生とは、同じと考えて良いのである。同じく１０秒後の比誘電率は８（図示せず）であった。即ち“１”及び“０”の論理情報が再生できたのである。またこの時、本再生時の電圧はＶｃを超えておらず、即ち、非破壊で情報の再生が出来た訳である。
【００５７】
本発明のＶＤＦ／ＴｒＦＥを用いた強誘電体キャパシタで比破壊読み出しを行った場合の情報保存性について説明する。図３に、前記＋１０Ｖバイアス電圧再生及び−１０Ｖバイアス再生を連続して行った結果を示す。図３より明らかなように１０５秒であっても、ε１＝５．１，ε０＝６．７であり、“１”、“０”を示す比誘電率の差は、記録当初と殆ど変わっていない。これは本発明による優れた情報の読み出し寿命を示すものである。
【００５８】
次に補正用キャパシタの必然性について述べる。情報記録の直後では、情報“１”、“０”に対応する比誘電率は、前記のとおり、ε１＝５．９，ε０＝８である。この場合、２値化のしきい値に用いる比誘電率εｔｈは通常その中間の値εｔｈ＝７が最も適切である。しかし、この値を固定して使いつづけると不具合が生じる。本実施例の例では、１０５秒後の情報“１”、“０”に対応する比誘電率は、ε１＝５．１，ε０＝６．７であった。この時εｔｈ＝７を用いて２値化を行うと、“０”であるべき「６．７」の比誘電率値を“１”に判定してしまい、誤った論理情報の再生を行ってしまうのである。ここで補正用キャパシタを設けておき、その比誘電率を基準にεｔｈを読み出しの都度決定すれば、正しく情報を判別できる。本実施例では、１０５秒後のεｔｈは５．９とするのが良い。このεｔｈを用いて２値化することでε１＝５．１，ε０＝６．７を正しい論理情報に再生することが出来ることは明白である。このように本発明によれば、情報を記録した後、強誘電体キャパシタの特性が経時によって変動してもその影響を受けることなく分極状態によって記録された情報を信頼性高く非破壊で読み出すことが出来る。
【００５９】
以上の実施例から分かるように、本発明の情報記録素子、情報記録再生方法及び情報記録再生装置を用いることにより、分極状態により情報を記録した強誘電体キャパシタから情報を非破壊読み出しする際に、その「読み出し寿命」を長寿命化することが可能となる。また強誘電体キャパシタに情報を記録した後、強誘電体キャパシタの特性が経時によって変動してもその影響を受けることなく分極状態によって記録された情報を信頼性高く非破壊で読み出すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】強誘電体キャパシタの比誘電率と印加電圧の関係
【図２】本発明の情報記録素子
【図３】本発明の強誘電体キャパシタにおける比誘電率の経時変化
【図４】本発明の情報記録装置のブロックダイアグラム
【図５】本発明の一つの好ましい情報記録装置の再生回路のブロックダイアグラム
【符合の説明】
【００６１】
１１  抗電圧  Ｖｃ
１２  バイアス電圧  Ｖｂ
２１  基材
２２  第１の電極
２３  電気分極可能な高分子材料
２４  第２の電極
３１  正の１／４×Ｖｃのバイアス電圧を印加し計測した比誘電率
３２  負の１／４×Ｖｃのバイアス電圧を印加し計測した比誘電率
４１  複数の強誘電体キャパシタからなるアレイ
４２  所望の強誘電体キャパシタを選択するためのマルチプレクサ部
４３  記録電圧発生部
４４  読み出し電圧発生部
４５  情報再生部
４６  記録信号或いは再生信号の切換部
５１  バイアス電源
５２  交流電源
５３  マルチプレクサ
５４  ＋と称する分極状態の強誘電体キャパシタ
５５  ５４と逆の−と称する分極状態の強誘電体キャパシタ
５６  強誘電体キャパシタ５４に接続されている演算増幅器
５７  強誘電体キャパシタ５５に接続されている演算増幅器
５８  作動増幅器を形成する演算増幅器
５９  演算増幅器を形成する演算増幅器
【図１】
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【図２】
2008244203.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
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