(57)【要約】【課題】　プローブと記録媒体とが非接触で、低い電界を印加しても情報を記録、再生及び消去できる高密度情報記録媒体及びこれを用いた情報記録装置を提供すること。【解決手段】　下部電極、絶縁層、光電子を放出する突出部が形成された光電子放出層及び光電子を保持する誘電層を備える情報記録媒体と、情報記録媒体を支持するステージと、ステージを駆動するスキャナと、電界を形成するチップと、チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、スキャナとカンチレバーに駆動信号と情報記録及び消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、情報記録媒体に光を照射する光源とを備える情報記録装置により、高密度情報記録媒体を具現でき、非接触により情報記録媒体とプローブとの摩耗を減らして記録速度を上昇でき、光エネルギーを利用してエネルギー効率を高めた情報記録装置を具現できる。【選択図】　図３
2004039227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　下部電極と、
　前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、
　前記絶縁層の上面に積層され、光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層と、
　前記光電子放出層の上面に積層され、放出された前記光電子を保持する誘電層と、
　を備えることを特徴とする光子を利用した情報記録媒体。
【請求項２】
　前記光電子放出層は、金属よりなること、
　を特徴とする請求項１に記載の光子を利用した情報記録媒体。
【請求項３】
　前記誘電層は、非晶質誘電物質よりなること、
　を特徴とする請求項１に記載の光子を利用した情報記録媒体。
【請求項４】
　前記非晶質誘電物質は、アルミナまたはシリコンナイトライドであること、
　を特徴とする請求項３に記載の光子を利用した情報記録媒体。
【請求項５】
　ダミー電極の上面に金属層を積層した後で、前記金属層を陽極酸化処理して複数のホールが配置された誘電層を形成する第１段階と、
　前記誘電層の上面に光電子放出層、絶縁層及び下部電極を、順に積層する第２段階と、
　前記光電子放出層の向きを変えるために、積層体を上下にひっくり返した後で、前記ダミー電極を除去して情報記録媒体を形成する第３段階と、
　を含むことを特徴とする光子を利用した情報記録媒体の製造方法。
【請求項６】
　前記光電子放出層は、金属よりなること、
　を特徴とする請求項５に記載の光子を利用した情報記録媒体の製造方法。
【請求項７】
　前記誘電層は、非晶質誘電物質よりなること、
　を特徴とする請求項５に記載の光子を利用した情報記録媒体の製造方法。
【請求項８】
　前記非晶質誘電物質は、アルミナまたはシリコンナイトライドであること、
　を特徴とする請求項７に記載の光子を利用した情報記録媒体の製造方法。
【請求項９】
　下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層されて光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層と、前記光電子放出層の上面に積層されて放出された光電子を保持する誘電層とを備える情報記録媒体を支持するステージと、
　前記ステージを駆動するスキャナと、
　前記情報記録媒体の上部に位置して前記情報記録媒体と電界を形成するチップと、
　前記チップが末端部に配置され、前記情報記録媒体と前記チップとの間の所定距離を保持すべく前記チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、
　前記スキャナと前記プローブとに駆動信号、情報記録信号及び情報消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、
　前記情報記録媒体に光を照射する光源とを備えること、
　を特徴とする光子を利用した情報記録装置。
【請求項１０】
　前記チップは、前記情報記録媒体と接触または非接触であること、
　を特徴とする請求項９に記載の光子を利用した情報記録装置。
【請求項１１】
　前記チップは、
　不純物をドーピングした本体部と、
　前記不純物をチップの傾斜面に高濃度にドーピングして形成され、所定間隔に離隔されて対称に配置されたソース電極及びドレーン電極とを備えること、
　を特徴とする請求項９に記載の光子を利用した情報記録装置。
【請求項１２】
　前記チップは、
　第１不純物をドーピングした本体部と、
　前記チップの尖頭部に位置し、第２不純物を低濃度にドーピングして形成された抵抗領域と、
　前記抵抗領域の周辺傾斜面に位置し、前記第２不純物を高濃度にドーピングして前記抵抗領域を外部電極と電気的に連結させるソース電極及びドレーン電極とを備えること、
　を特徴とする請求項９に記載の光子を利用した情報記録装置。
【請求項１３】
　前記第１不純物は、ｎ型不純物であって、前記第２不純物は、ｐ型不純物であること、
　を特徴とする請求項１２に記載の光子を利用した情報記録装置。
【請求項１４】
　前記第１不純物は、ｐ型不純物であって、前記第２不純物は、ｎ型不純物であることを、
　特徴とする請求項１２に記載の光子を利用した情報記録装置。
【請求項１５】
　前記光電子放出層は、金属よりなること、
　を特徴とする請求項９に記載の光子を利用した情報記録装置。
【請求項１６】
　前記誘電層は、非晶質誘電物質よりなること、
　を特徴とする請求項９に記載の光子を利用した情報記録装置。
【請求項１７】
　前記非晶質誘電物質は、アルミナまたはシリコンナイトライドであること、
　を特徴とする請求項１６に記載の光子を利用した情報記録装置。
【請求項１８】
　下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層され、光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層と、前記光電子放出層の上面に積層され、放出された光電子を保持する誘電層とを備える情報記録媒体と、前記情報記録媒体を支持するステージと、前記ステージを駆動するスキャナと、前記情報記録媒体の上部に位置して前記情報記録媒体と電界を形成するチップと、前記チップが末端部に配置され前記情報記録媒体と前記チップ間の所定距離を保持すべく前記チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、前記スキャナと前記プローブとに駆動信号、情報記録信号及び情報消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、前記情報記録媒体に光を照射する光源とを備える情報記録装置を利用して前記情報記録媒体に情報を記録する情報記録方法であって、
　前記プローブを前記情報記録媒体の上部に位置させて、前記情報記録媒体の下部電極と前記チップとに電圧を印加して電界を形成する第１段階と、
　前記電界が形成された前記情報記録媒体の表面に、光を照射して前記光電子放出層に光子を衝突させることにより前記チップの尖頭部に近接した前記突出部から放出された光電子が前記誘電層に保持されることにより情報を記録する第２段階とを含むこと、
　を特徴とする光子を利用した情報記録方法。
【請求項１９】
　前記チップは、前記情報記録媒体と接触または非接触であること、
　を特徴とする請求項１８に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２０】
　前記チップは、
　不純物をドーピングした本体部と、
　前記不純物をチップの傾斜面に高濃度にドーピングして形成され、所定間隔に離隔されて対称に位置するソース電極及びドレーン電極とを備えること、
　を特徴とする請求項１８に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２１】
　前記チップは、
　第１不純物をドーピングした本体部と、
　前記チップの尖頭部に位置し、第２不純物を低濃度にドーピングして形成された抵抗領域と、
　前記抵抗領域の周辺傾斜面に位置し、前記第２不純物を高濃度にドーピングして前記抵抗領域を外部電極と電気的に連結させるソース電極及びドレーン電極とを備えること、
　を特徴とする請求項２０に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２２】
　前記第１不純物は、ｎ型不純物であって、前記第２不純物は、ｐ型不純物であること、
　を特徴とする請求項２１に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２３】
　前記第１不純物は、ｐ型不純物であって、前記第２不純物は、ｎ型不純物であること、
　を特徴とする請求項２１に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２４】
　第１段階にて、
　前記チップの本体部、前記ソース電極及び前記ドレーン電極に、同電圧を印加すること、
　を特徴とする請求項２０あるいは２１に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２５】
　前記光電子放出層は、金属よりなること、
　を特徴とする請求項１８に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２６】
　前記誘電層は、非晶質誘電物質よりなること、
　を特徴とする請求項１８に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２７】
　前記非晶質誘電物質は、アルミナまたはシリコンナイトライドであること、
　を特徴とする請求項１８に記載の光子を利用した情報記録方法。
【請求項２８】
　下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層され、光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層と、前記光電子放出層の上面に積層され、放出された光電子を保持する誘電層とを備える情報記録媒体と、前記情報記録媒体を支持するステージと、前記ステージを駆動するスキャナと、前記情報記録媒体の上部に位置して前記情報記録媒体と電界を形成するチップと、前記チップが末端部に配置され前記情報記録媒体と前記チップ間の所定距離を保持すべく前記チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、前記スキャナと前記プローブとに駆動信号、情報記録信号及び情報消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、前記情報記録媒体に光を照射する光源とを備える情報記録装置を利用して前記情報記録媒体に記録された情報を再生する情報再生方法であって、
　前記プローブを前記情報記録媒体の上部に位置させて、前記情報記録媒体の誘電層に保持された光電子に応じて変化する前記チップの電流を検出して情報を再生すること、
　を特徴とする情報再生方法。
【請求項２９】
　前記チップは、前記情報記録媒体と接触または非接触であること、
　を特徴とする請求項２８に記載の光子を利用した情報再生方法。
【請求項３０】
　前記チップは、
　不純物をドーピングした本体部と、
　前記不純物をチップの傾斜面に高濃度にドーピングして形成され、所定間隔に離隔されて対称に位置するソース電極及びドレーン電極とを備えること、
　を特徴とする請求項２８に記載の光子を利用した情報再生方法。
【請求項３１】
　前記チップは、
　第１不純物をドーピングした本体部と、
　前記チップの尖頭部に位置し、第２不純物を低濃度にドーピングして形成された抵抗領域と、
　前記抵抗領域の周辺傾斜面に位置し、前記第２不純物を高濃度にドーピングして前記抵抗領域を外部電極と電気的に連結させるソース電極及びドレーン電極とを備えること、
　を特徴とする請求項２８に記載の光子を利用した情報再生方法。
【請求項３２】
　前記第１不純物が、ｎ型不純物であって、前記第２不純物が、ｐ型不純物であること、
　を特徴とする請求項３１に記載の光子を利用した情報再生方法。
【請求項３３】
　前記第１不純物が、ｐ型不純物であって、前記第２不純物が、ｎ型不純物であること、
　を特徴とする請求項３１に記載の光子を利用した情報再生方法。
【請求項３４】
　前記光電子放出層は、金属よりなること、
　を特徴とする請求項２８に記載の光子を利用した情報再生方法。
【請求項３５】
　前記誘電層は、非晶質誘電物質よりなること、
　を特徴とする請求項２８に記載の光子を利用した情報再生方法。
【請求項３６】
　前記誘電物質は、アルミナまたはシリコンナイトライドであること、
　を特徴とする請求項２８に記載の光子を利用した情報再生方法。
【請求項３７】
　下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層され、光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成されている光電子放出層と、前記光電子放出層の上面に積層され、放出された光電子を保持する誘電層とを備える情報記録媒体と、前記情報記録媒体を支持するステージと、前記ステージを駆動するスキャナと、前記情報記録媒体の上部に位置して前記情報記録媒体と電界を形成するチップと、前記チップが末端部に配置され前記情報記録媒体と前記チップ間の所定距離を保持すべく前記チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、前記スキャナと前記プローブとに駆動信号、情報記録信号及び情報消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、前記情報記録媒体に光を照射する光源とを備える情報記録装置を利用して前記情報記録媒体に記録された情報を消去する情報消去方法であって、
　前記プローブを前記情報記録媒体の上部に位置させて、前記情報記録媒体の下部電極と前記チップに記録時の電圧と同電圧を反対方向に印加して情報を消去すること、
　を特徴とする情報消去方法。
【請求項３８】
　前記チップは、前記情報記録媒体と接触または非接触であること、
　を特徴とする請求項３７に記載の光子を利用した情報消去方法。
【請求項３９】
　前記チップは、
　不純物をドーピングした本体部と、
　前記不純物をチップの傾斜面に高濃度にドーピングして形成され、所定間隔に離隔されて対称に位置するソース電極及びドレーン電極とを備えること、
　を特徴とする請求項３７に記載の光子を利用した情報消去方法。
【請求項４０】
　前記チップは、
　第１不純物をドーピングした本体部と、
　前記チップの尖頭部に位置し、第２不純物を低濃度にドーピングして形成された抵抗領域と、
　前記抵抗領域の周辺傾斜面に位置し、前記第２不純物を高濃度にドーピングして前記抵抗領域を外部電極と電気的に連結させるソース電極及びドレーン電極とを備えること、
　を特徴とする請求項３７に記載の光子を利用した情報消去方法。
【請求項４１】
　前記第１不純物は、ｎ型不純物であって、前記第２不純物は、ｐ型不純物であること、
　を特徴とする請求項４０に記載の光子を利用した情報消去方法。
【請求項４２】
　前記第１不純物は、ｐ型不純物であって、前記第２不純物は、ｎ型不純物であること、
　を特徴とする請求項４０に記載の光子を利用した情報消去方法。
【請求項４３】
　前記光電子放出層は、金属よりなること、
　を特徴とする請求項３７に記載の光子を利用した情報消去方法。
【請求項４４】
　前記誘電層は、非晶質誘電物質よりなること、
　を特徴とする請求項３７に記載の光子を利用した情報消去方法。
【請求項４５】
　前記非晶質誘電物質は、アルミナまたはシリコンナイトライドであること、
　を特徴とする請求項３７に記載の光子を利用した情報消去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、光子による電子放出を利用した高密度情報記録媒体、その製造法、情報記録装置、これを利用した情報記録方法、情報再生方法及び情報消去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　携帯用通信端末機、電子手帳など小型製品への需要が高まるにつれ、超小型高集積情報記録媒体及び情報記録装置の必要性が高まっている。既存のハードディスクは、小型化が容易ではなく、フラッシュメモリは、高集積度を達成することが難しいため、これに代わるものとして、プローブを利用した記録媒体の研究がなされている。なお、プローブとは、走査トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＴＭ）または原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＡＦＭ）のような走査プローブ顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｐｒｏｂｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＰＭ）において利用される走査プローブのことである。
【０００３】
　プローブを利用して情報が記録される情報記録媒体には、例えば、強誘電体または強磁性体と、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を利用した媒体などがあり、このうち強誘電体を利用した情報記録媒体は、ドメインが小さく、分極方向を瞬時に変化させることが可能であり、情報記録媒体として特に注目されている。
【０００４】
　従来の強誘電体を利用した情報記録媒体の場合、下部電極とプローブとに電圧を印加して、電界を形成することにより、電界が形成された部分だけに、局所的に誘電分極を起こして情報を記録している。しかしながら、このような情報記録媒体は、経時的に誘電分極が消失するエージング現象と、記録及び再生回数が増えるにつれて情報記録能力が顕著に低下するファティーグ現象とによって情報を安定的に記録するためには限界があった。
【０００５】
　さらに、プローブと情報記録媒体とが接触された状態で、情報を記録及び再生する場合、プローブと情報記録媒体とが摩耗する問題点があり、また、これを解決するために走査プローブと記録媒体とを、非接触の状態で情報を記録及び再生する場合には、真空パッケージングをする必要があるため、工程が複雑になるという短所があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　従って、本発明の技術的課題は、前記した従来技術の問題点を改善することであり、このためにプローブと記録媒体とが接触または非接触で、低い電界を印加して情報を記録、再生及び消去できる高密度情報記録媒体、その製造方法及び情報記録装置を提供し、これを利用した情報記録方法、情報再生方法及び情報消去方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　前記技術的課題を達成するためになされた本発明は、下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層され、光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層と、前記光電子放出層の上面に積層され、放出された前記光電子を保持する誘電層とを備えることを特徴とする光子を利用した情報記録媒体を提供する。
【０００８】
　また、本発明は、ダミー電極の上面に金属層を積層した後で、前記金属層を陽極酸化処理させて複数のホールが配列される誘電層を形成する第１段階と、前記誘電層の上面に光電子放出層、絶縁層及び下部電極を順に積層する第２段階と、前記光電子放出層の向きを変えるために、この積層体を、上下にひっくり返した後で、下部の前記ダミー電極を除去して情報記録媒体を形成する第３段階とを含むことを特徴とする情報記録媒体製造方法を提供する。ここで、前記光電子放出層は、金属よりなり、前記誘電層は、非晶質誘電物質である例えば、アルミナまたはシリコンナイトライドよりなる。
【０００９】
　また、本発明は、下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層されて光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層及び前記光電子放出層の上面に積層されて放出された光電子を保持する誘電層を備える情報記録媒体を支持するステージと、前記ステージを駆動するスキャナと、前記情報記録媒体の上部に位置して前記情報記録媒体と電界を形成するチップと、前記チップが末端部に配置され前記情報記録媒体と前記チップ間の所定距離を保持する前記チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、前記スキャナ及び前記プローブに駆動信号、情報記録信号及び情報消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、前記情報記録媒体に光を照射する光源とを備えることを特徴とする光子を利用した情報記録装置を提供する。ここで、前記チップは前記情報記録媒体と、接触または非接触であってもよい。また、前記チップは、不純物がドーピングされた本体部と、前記不純物をチップの傾斜面に高濃度にドーピングして形成され、所定間隔に離隔されて対称に位置するソース電極とドレーン電極とを備えてもよい。
【００１０】
　または、前記チップは、第１不純物をドーピングした本体部と、前記チップの尖頭部に位置し、第２不純物を低濃度にドーピングして形成された抵抗領域と、前記抵抗領域の周辺傾斜面に位置し、前記第２不純物を高濃度にドーピングした前記抵抗領域を外部電極と電気的に連結させるソース電極及びドレーン電極とを備えてもよい。
【００１１】
　ここで、前記第１不純物はｎ型不純物である場合、前記第２不純物はｐ型不純物であり、その逆も可能である。
【００１２】
　また、前記光電子放出層は、金属よりなり、前記誘電層は、非晶質誘電物質である、例えば、前記誘電物質は、アルミナまたはシリコンナイトライドよりなってもよい。
【００１３】
　また、本発明は、下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層され、光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層と、前記光電子放出層の上面に積層され、放出された光電子を保持する誘電層とを備える情報記録媒体と、前記情報記録媒体を支持するステージと、前記ステージを駆動するスキャナと、前記情報記録媒体の上部に位置して前記情報記録媒体と電界を形成するチップと、前記チップが末端部に配置され前記情報記録媒体と前記チップ間の所定距離を保持すべく前記チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、前記スキャナと前記プローブとに駆動信号、情報記録信号及び消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、前記情報記録媒体に光を照射する光源とを備える情報記録装置を利用して前記情報記録媒体に情報を記録する情報記録方法であって、前記プローブを前記情報記録媒体の上部に位置させて、前記情報記録媒体の下部電極と前記チップとに電圧を印加して電界を形成する第１段階と、前記電界が形成された前記情報記録媒体の表面に光を照射して前記光電子放出層に光子を衝突させることにより前記チップの尖頭部に近接した前記突出部から放出された光電子が前記誘電層に保持されることにより情報を記録する第２段階とを含むことを特徴とする光子を利用した情報記録方法を提供する。なお、前記第１段階にて、前記チップの本体部と前記ソース電極及び前記ドレーン電極に同電圧を印加してもよい。
【００１４】
　また、本発明は、下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層され、光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層と、前記光電子放出層の上面に積層され、放出された光電子を保持する誘電層とを備える情報記録媒体と、前記情報記録媒体を支持するステージと、前記ステージを駆動するスキャナと、前記情報記録媒体の上部に位置して前記情報記録媒体と電界を形成するチップと、前記チップが末端部に配置され前記情報記録媒体と前記チップ間の所定距離を保持すべく前記チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、前記スキャナと前記プローブとに駆動信号、情報記録信号及び消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、前記情報記録媒体に光を照射する光源とを備える情報記録装置を利用して前記情報記録媒体に記録された情報を再生する情報再生方法であって、前記プローブを、前記情報記録媒体の上部に位置させて、前記情報記録媒体の誘電層に保持された光電子に応じて変化する前記チップの電流を検出して情報を再生することを特徴とする情報再生方法を提供する。
【００１５】
　また、本発明は、下部電極と、前記下部電極の上面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上面に積層され、光子の衝突により光電子を放出する複数の突出部が形成された光電子放出層と、前記光電子放出層の上面に積層され、放出された光電子を保持する誘電層とを備える情報記録媒体と、前記情報記録媒体を支持するステージと、前記ステージを駆動するスキャナと、前記情報記録媒体の上部に位置して前記情報記録媒体と電界を形成するチップと、前記チップが末端部に配置され前記情報記録媒体と前記チップ間の所定距離を保持すべく前記チップを支持するカンチレバーを備えるプローブと、前記スキャナと前記プローブとに駆動信号、情報記録及び消去信号を印加し、情報再生信号を検出する回路部と、前記情報記録媒体に光を照射する光源とを備える情報記録装置を利用して前記情報記録媒体に記録された情報を消去する情報消去方法であって、前記プローブを前記情報記録媒体の上部に位置させて、前記情報記録媒体の下部電極と前記チップに記録時の電圧と同電圧を反対方向に印加して情報を消去することを特徴とする情報消去方法を提供する。
【００１６】
　前記情報記録方法、情報再生方法及び情報消去方法において、前記チップは前記情報記録媒体と接触または非接触であってもよい。また、前記チップは、不純物がドーピングされた本体部と、前記不純物をチップの傾斜面に高濃度にドーピングして形成され、所定間隔に離隔された対称に位置するソース電極とドレーン電極とを備えてもよい。
【００１７】
　または、前記チップは、第１不純物がドーピングされた本体部と、前記チップの尖頭部に位置し、第２不純物を低濃度にドーピングして形成された抵抗領域と、前記抵抗領域の周辺傾斜面に位置し、前記第２不純物を高濃度にドーピングした前記抵抗領域を外部電極と電気的に連結させるソース電極及びドレーン電極を備えてもよい。ここで、前記第１不純物はｎ型不純物である場合、前記第２不純物はｐ型不純物であり、その逆も可能である。また、前記光電子放出層は、金属よりなり、前記誘電層は非晶質誘電物質である例えば、アルミナまたはシリコンナイトライドよりなってもよい。
【００１８】
　本発明は、非晶質誘電層に光電子を局所的に保持できる情報記録媒体と、その製造方法と、その情報記録媒体に情報記録する機能を果たす簡単なＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を利用したプローブを備える情報記録装置と、それを利用した情報記録方法と、情報再生方法と、情報消去方法とを提供し、接触または非接触で高密度に情報を記録でき、チップと情報記録媒体の摩耗を減らして情報記録媒体の寿命の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
　本発明に係る情報記録媒体によると、数ｎｍ大の突出部を所望のパターンに形成して光電子を容易に放出でき、光電子を保持できる誘電層をその上面に積層させた新しい形態の情報記録媒体を提供して高密度に情報を記録できる。
【００２０】
　また、本発明に係る情報記録装置によると、情報記録媒体とプローブとの間の電界エネルギーだけでなく、光源から照射される光エネルギーも利用して突出部から光電子を放出できるため、エネルギー効率の高い情報記録装置を具現でき、非接触式でプローブを駆動する場合に、真空パッケージングを必要とせずに容易に情報記録装置を製作できる。
【００２１】
　さらに、本発明に係る情報記録媒体に、本発明に係る情報記録装置を利用して情報を記録、再生及び消去する方法によると、接触または非接触式で駆動が可能であり、特に非接触式で情報を記録、再生及び消去する場合にプローブと情報記録媒体の摩耗を減らして駆動速度を高め、高速で情報記録、情報再生及び情報消去ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
　以下、本発明の実施の形態における情報記録媒体及びその製造方法を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
　図１は本実施の形態における情報記録媒体を示した断面図である。図１を参照すると、本実施の形態における情報記録媒体１０は、下部電極１１と、その上面に積層された絶縁層１３と、前記絶縁層１３の上面に積層されて複数の突出部１９が配列された光電子放出層１５と、光電子放出層１５の上面に積層された誘電層１７とを備える。
【００２４】
　下部電極１１と光電子放出層１５とは金属よりなり、特に光電子放出層１５は、アルミニウムのような仕事関数の低い金属よりなることが望ましい。光電子放出層１５は所定電位を有する電界が印加されると光電子を放出し、放出された光電子は、誘電層１７に保持される。誘電層１７は非晶質誘電物質、例えばアルミナまたはシリコンナイトライドよりなり、光電子放出層１５から放出された光電子を誘電層１７内部の欠陥にトラップさせることにより、光電子が空気中に放出されることを阻止する。光電子がトラップされた領域には、情報記録媒体の外部に、例えばＦＥＴプローブのようなプローブで検出可能な電場が生成される。
【００２５】
　絶縁層１３は、下部電極１１と光電子放出層１５との間に位置し、光電子放出層１５から放出される光電子が、下部電極１１に漏出することを防止している。この絶縁層１３としては、シリコン酸化膜などが使用できる。本実施の形態における情報記録媒体１０は、薄膜型に製造可能であり、例えば、下部電極１１と絶縁層１３とを１〜５００ｎｍ、光電子放出層１５を１ｎｍ〜数μｍ、誘電層１７を１μｍ〜数μｍの厚みで形成可能である。
【００２６】
　図２Ａないし図２Ｇは本発明の実施の形態における情報記録媒体を製造する過程を説明する図面である。まず、図２Ａに示すように、ダミー電極２１を設けた後で、図２Ｂに示すように、ダミー電極２１の上面に例えばアルミニウムの金属層２３を積層する。そして、金属層２３に陽極酸化処理法を行うことで、図２Ｃに示すように、金属層２３が酸化されて、複数のホールが形成された例えば、アルミナの誘電層１７が形成される。
【００２７】
　ここで、陽極酸化処理法とは、電解液内に金属を陽極として電圧を印加し、陽極から酸素を発生させて金属を酸化させることにより、その表面に金属酸化膜の被膜を形成する方法であり、主にアルミニウムの表面にアルミナ被膜を形成する工法として用いられる。本発明では、陽極酸化処理を行うために、前記ダミー電極２１と金属層２３とが形成された構造体を０．１Ｍないし１Ｍの硫酸溶液またはリン酸溶液に入れてダミー電極２１に電圧を印加して前記溶液を電気分解する。電気分解過程にて金属層２３は酸化されて複数のホールが配列された誘電層１７に変化する。例えば、アルミニウムはアルミナに変わりつつ、図２Ｃに示すような複数のホールがその表面に形成される。一般的な陽極酸化処理の工程中に形成されるホールのパターンは、蜂の巣状に配列されるが、マスクを利用して特定形態のパターンに形成することも可能である。
【００２８】
　次に、図２Ｄに示すように、金属が酸化されて形成された誘電層１７上面に金属物質よりなる光電子放出層１５を蒸着させてホールに光電子放出層１５を充填し、その後、図２Ｅに示したように、さらにその上面に絶縁層１３と下部電極１１とを順次、蒸着する。蒸着過程が完了した後で、ダミー電極２１、誘電層１７、光電子放出層１５、絶縁層１３及び下部電極１１が順次積層された構造体を、図２Ｆに示すように上下にひっくり返して、ダミー電極２１とホールとを上方に向ける。ここで、ホールに充填された光電子放出層１５は、突出部１９として機能する。最後に、図２Ｇに示したようにダミー電極２１を除去し、本実施の形態における情報記録媒体が完成する。なお、ダミー電極２１は化学的エッチングや物理的エッチングにより除去される。
【００２９】
　次に、本実施の形態における情報記録装置を、図３を参照して詳細に説明する。本実施の形態における情報記録装置は、前記説明した情報記録媒体に情報を記録、再生及び消去するために使われる。
【００３０】
　図３は、本実施の形態における情報記録装置を示した構成図である。図３を参照すると、本実施の形態における情報記録装置は、図１に示した情報記録媒体１０と、情報記録媒体１０を支持するステージ３２と、ステージ３２を駆動するスキャナ３４と、情報記録媒体１０の上部に接触または非接触で、情報を記録、再生及び消去するプローブ３３と、スキャナ３４に駆動信号を印加し、プローブ３３に情報記録信号と情報消去信号とを印加し、プローブ３３から情報再生信号を検出し、プローブ３３と下部電極１１とに電圧を印加して情報記録媒体１０とチップ４０との間に電界を付与する回路部３８と、情報記録媒体１０の全体または、チップ４０が位置している下部突出部１９’に局所的に光を照射する光源３９とを備える。
【００３１】
　情報記録媒体１０は、例えば、蜂の巣状に配置された突出部１９が、トラックを形成するように製造されている。このような突出部１９の配置は、誘電層１５を形成するために陽極酸化処理法を行う過程において、自然に形成されるが、必ずしもそれに限定されず、マスクを利用して所望の形態に配置されたものであってもよい。各突出部１９の上部に対応する誘電層１７の領域には光電子が保持される。また、特定位置の突出部１９の上部に保持される光電子は、特定トラックとして特定情報を記録させることとしてもよい。ここに記録される情報は、既存の情報記録媒体と同様に、情報記録媒体１０の固有情報及びユーザ情報などであってもよい。
【００３２】
　本実施の形態における情報記録媒体１０は、突出部１９の半径が数十ｎｍ程度に形成されており、その上部に保持される光電子が占有する領域は半径が数ｎｍに形成され、既存の高密度情報記録媒体であるＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）のような光記録媒体またはハードディスクドライブのような磁気記録媒体に比べて情報記録量が数十ないし数百倍に達する超高密度情報記録を具現可能である。
【００３３】
　次に、本実施の形態における情報記録装置の各構成要素について説明する。ステージ３２は、情報記録媒体１０を支持し、プローブ３３を利用して、情報記録媒体１０に情報を記録、再生及び消去できるように、スキャナ３４に駆動されて、トラック方向及びトラック方向に直交するラジアル方向に駆動する。
【００３４】
　プローブ３３は、情報記録媒体１０と電界を形成して情報を記録、再生及び消去するチップ４０と、チップ４０を支持するカンチレバー３６とからなる。カンチレバー３６は、圧電物質により形成され、チップ４０が非接触式に情報を記録、再生及び消去する場合、チップ４０と情報記録媒体４０の表面間の距離変化を回路部３８から検出してチップ４０と情報貯記録媒体１０の表面間の距離を、一定に保持できるように制御することが望ましい。
【００３５】
　チップ４０は、情報記録媒体１０に向かって幅が狭くなる円錘形またはピラミッド型などに形成され、チップ４０の尖頭部と情報記録媒体１０の対応する下部突出部１９’との間に効果的に強電界を形成し、光源３９から放射される光子により下部突出部１９’の光電子を容易に放出する。チップ４０の詳細な形態は、図４Ａ及び図４Ｂを用いて後記して説明する。
【００３６】
　光源３９は、情報記録媒体１０の表面に、全体的に光を照射したり、チップ４０が位置する下部突出部１９’に、局所的に光を照射することができる。光源３９としてはレーザまたは紫外線照射器を利用できる。光源３９から照射される光の出力は、チップ４０と情報記録媒体１０との間に形成される電界エネルギーに応じて適宜調節できる。
【００３７】
　既存のＦＥＴチップを利用した情報記録媒体の場合、情報記録媒体の誘電層に誘電分極を形成するために、チップと情報記録媒体との間に高電圧を必要としたが、本実施の形態における情報記録装置では、光電子放出層１５から光電子を放出するために、光源３９から照射される光のエネルギーと、情報記録媒体１０の下部電極１１及びチップ４０に印加される電気エネルギーとの合算が光電子放出層１５の仕事関数より大きければよいので、電気エネルギーを多く必要としない。従って、本実施の形態における情報記録装置において、既存のＦＥＴチップを使用して情報を記録する場合に比べ、下部電極１１に印加する電圧の高さは顕著に低くなり、既存の情報記録装置において強電界が形成されることにより、誘発された情報記録媒体の損傷または誘電分極の撹乱などの問題を解決することができる。
【００３８】
　回路部３８は、スキャナ３４とカンチレバー３６とを制御して、下部電極１１に電圧を印加する。すなわち、回路部３８は、スキャナ３４に、トラック方向またはラジアル方向に駆動させる駆動信号を印加し、チップ４０と情報記録媒体１０との間の一定距離を保持するために、カンチレバー３６から入力される信号を検出した時に、距離が所定値をはずれると、所定距離を保持させる制御信号をカンチレバー３６に印加する。また、情報を記録及び消去する場合、下部電極１１とプローブ３３とに所定電圧を印加して、チップ４０と情報記録媒体１０との間に電界を形成する。
【００３９】
　例えば、図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施例による情報記録装置に備わるプローブの第１実施例及び第２実施例を示した斜視図である。図４Ａを参照すると、第１実施例によるプローブ３３ａは、基板４１の上面の一部に絶縁層４７が積層されており、この絶縁層４７の上面には、ソース電極４２及びドレーン電極４４と連結さるべく電極４９が形成されている。基板４１表面のシリコン層からカンチレバー４３が延びており、カンチレバー４３の表面には、垂直方向にチップ４０ａが円錘形に形成されている。カンチレバー４３はチップ４０ａのソース電極４２及びドレーン電極４４と同じ不純物がドーピングされており、電極４９と接触してキャリアの移動通路の役割を果たす。ここで、参照符号４６はソース電極４２及びドレーン電極４４の間に位置するチャンネルである。
【００４０】
　ここで、例えば、図５Ａは、本実施の形態の情報記録媒体を、本実施の形態の情報記録装置に適用して、情報を記録する方法を説明する図である。ここで、プローブには、図４Ａに示した第１実施例によるプローブ３３ａを用いる。図５Ａを参照して情報を記録する方法について説明する。
【００４１】
　図５Ａを参照すると、プローブ３３ａのチップ４０ａを、情報記録媒体１０の上部に接触または非接触にて配置し、ソース電極４２及びドレーン電極４４とチップ４０ａの本体部に同電圧を印加すると、情報記録媒体１０の下部電極１１とチップ４０ａとの間に集中する電界により、光電子放出層１５の光電子は励起され、光源３９から光を、情報記録媒体１０に照射して光子を突出部１９に衝突させると、チップ４０ａの下部に近接した突出部１９の光電子が放出されて誘電層１７にトラップされて情報を記録することができる。
【００４２】
　ここで、例えば、図５Ｂは、情報記録媒体１０において、光電子が誘電層１７にトラップされて情報が記録された状態を示した図面である。光電子は、誘電層１７の突出部１９の上部に対応する領域６０に、格子構造により電子が欠乏している位置（欠陥）に結合される。従って、領域６０は、誘電層１７の表面から電気二重極子のような極小的な電場を生成する。このため、周辺領域とは異なる位相と振幅とを有している。
【００４３】
　次に、例えば図６は、本実施の形態における情報記録媒体に、図５Ｂに示したように記録された情報を、本実施の形態における情報記録装置を利用して再生する方法を説明した図面である。図６を参照して情報を再生する方法について説明する。図６を参照すると、情報を再生するために、情報記録媒体１０の上部にチップ４０ａを接触または非接触になるように移動させる。領域６０に保持された光電子は、局所的な電界を発生し、それによりチップ４０ａの尖頭部には、電子のチャンネルが形成され、ソース電極４２及びドレーン電極４４の間に電流が流れて領域６０に保持された光電子を検出することができる。
【００４４】
　次に、例えば、図７は、本実施の形態における情報記録媒体に、図５Ｂに示されたように記録された情報を、本実施の形態における情報記録装置を利用して消去する方法を示した図面である。図７を参照して情報を消去する方法について説明する。図７を参照すると、プローブ３３ａと下部電極１１との間に、記録時の電圧と同電圧を、反対方向に印加すると、誘電層１７に保持されていた光電子は、電界により光電子放出層１５に吸収されて記録された情報を消去することができる。
【００４５】
　本実施の形態における情報記録装置に、第２実施例によるプローブを利用して、情報を記録、再生及び消去することもできる。次に、この第２実施例によるプローブを説明する。
【００４６】
　図４Ｂを参照すると、第２実施例によるプローブは、基板５１の上部に絶縁層５７が積層されてあり、絶縁層５７の上面には電極５９が形成されている。基板５１の表面のシリコン層からカンチレバー５３が延びており、カンチレバー５３の表面には、垂直方向にチップ４０ｂが形成されている。チップ４０ｂの傾斜面には、第２不純物を高濃度ドーピングしたソース電極５２及びドレーン電極５４が、チップ４０ｂの尖頭部には第２不純物を低濃度ドーピングした抵抗領域Ｒが配置されている。なお、ソース電極５２及びドレーン電極５４はカンチレバー５３を通じ金属電極５９と連結されている。
【００４７】
　第２実施例によるプローブ３３ｂを備えた情報記録装置を利用して情報記録媒体に情報を記録及び消去する方法は、図５Ａにて前述したところと同一なのでここでは説明を省略する。しかし、情報を再生する方法は図６にて説明した方法と相異する。ソース電極５２及びドレーン電極５４に、ｎ型不純物を高濃度ドーピングして、抵抗領域Ｒに、ｎ型不純物を低濃度ドーピングした場合、チップ４０ｂが位置する部分の情報記録媒体１０の領域に光電子が保持されると、光電子から発生する電界によりチップ端の抵抗領域Ｒに空乏領域が形成される。空乏領域は不導体領域として機能するので、結果的に抵抗領域Ｒの面積が狭まって抵抗値は大きくなる。この抵抗値の変化を通じて光電子を検出できる。光電子が保持されていない部分にチップ４０ｂを位置させた場合、空乏領域が形成されずに抵抗値の変化がほとんどないので、光電子の位置を検出できる。光電子により検出される情報を１、検出されない場合の情報を０と定義でき、またはその逆も可能である。
【００４８】
　図８Ａ及び８Ｂは、それぞれ平坦な表面を有するアルミニウム電極の上面に、アルミナ誘電層が積層された情報記録媒体に、プローブ３３ａを備えた情報記録装置を利用して、電界を加えた場合、誘電層に保持される電子の振幅と位相とを示した電気力顕微鏡（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ；ＥＦＭ）写真である。
【００４９】
　図８Ａを参照して、中央の明るい部分は電子の振幅が他の周辺領域より大きいことを示しており、図８Ｂを参照すると、中央の明るい部分は電子の位相が周辺領域と反対に逆転していると見られ、明るい部分が負の電荷を、周辺領域が正の電荷を帯びていることを意味する。すなわち、突出部のない簡単な構造の光電子放出層と誘電層とを備える情報記録媒体でも簡単に電界を形成して電子を誘電層に容易にトラップできることが分かるので、突出部が形成された本発明の情報記録媒体にチップと情報記録媒体間の電界だけでなく、光源から光を照射して光子を衝突させる本発明の情報記録装置では、一層容易に誘電層に光電子を保持できることを類推できる。
【００５０】
　以上の説明において、多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施の形態の例示であり、本発明が属する技術分野にて当業者ならば、本発明の技術的思想により多様な種類のプローブを利用して本発明と同様の情報記録装置を製造することが可能である。ゆえに本発明の範囲は説明された実施の形態により定められるのではなく、特許請求範囲に記載された技術的思想により定められる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例による情報記録媒体を示した断面図である。
【図２Ａ】情報記録媒体の製造過程において、ダミー電極を形成した状態を示した断面図である
【図２Ｂ】情報記録媒体の製造過程において、ダミー電極の上面に金属層を積層した状態を示した断面図である。
【図２Ｃ】情報記録媒体の製造過程において、陽極酸化処理法により誘電層を形成した状態を示した断面図である。
【図２Ｄ】情報記録媒体の製造過程において、誘電層上面に光電子放出層を蒸着させた状態を示した断面図である。
【図２Ｅ】情報記録媒体の製造過程において、光電子放出層上面に絶縁層と下部電極とを順次、蒸着させた状態を示した断面図である。
【図２Ｆ】情報記録媒体の製造過程において、図２Ｅに示した積層体を、上下をひっくり返した状態を示した断面図である。
【図２Ｇ】情報記録媒体の製造過程において、ダミー電極を除去して完成した情報記録媒体の断面図である。
【図３】本発明の実施例による情報記録装置を示した構成図である。
【図４Ａ】本発明の実施例による情報記録装置に備わるプローブの第１実施例を示した斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例による情報記録装置に備わるプローブの第２実施例を示した斜視図である。
【図５Ａ】本実施の形態における情報記録媒体に情報を記録する方法を示した図面である。
【図５Ｂ】情報が記録された本実施の形態における情報記録媒体を示した断面図である。
【図６】本実施の形態における情報記録媒体に記録された情報を再生する方法を示した図面である。
【図７】本実施の形態における情報記録媒体に記録された情報を消去する方法を示した図面である。
【図８Ａ】アルミニウム電極の上面にアルミナ誘電層が積層された構造の情報記録媒体に記録された電子により発生する電気力の強さを示す振幅を撮った電気力顕微鏡写真である。
【図８Ｂ】アルミニウム電極の上面にアルミナ誘電層が積層された構造の情報記録媒体に記録された電子により発生する電気力の方向を示す位相を撮った電気力顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５２】
　１０　　情報記録装置
　１１　　下部電極
　１３　　絶縁層
　１５　　光電子放出層
　１７　　誘電層
　１９　　突出部
　１９’　下部突出部
　３２　　ステージ
　３３　　プローブ
　３４　　スキャナ
　３６　　カンチレバー
　３８　　回路部
　３９　　光源
　４０　　チップ
【図１】
2004039227.tif 000003
【図２Ａ】
2004039227.tif 000004
【図２Ｂ】
2004039227.tif 000005
【図２Ｃ】
2004039227.tif 000006
【図２Ｄ】
2004039227.tif 000007
【図２Ｅ】
2004039227.tif 000008
【図２Ｆ】
2004039227.tif 000009
【図２Ｇ】
2004039227.tif 000010
【図３】
2004039227.tif 000011
【図４Ａ】
2004039227.tif 000012
【図４Ｂ】
2004039227.tif 000013
【図５Ａ】
2004039227.tif 000014
【図５Ｂ】
2004039227.tif 000015
【図６】
2004039227.tif 000016
【図７】
2004039227.tif 000017
【図８Ａ】
2004039227.tif 000018
【図８Ｂ】
2004039227.tif 000019