(57)【要約】【課題】通常の強誘電体層を記録材とし、記録材と前歴消去用電極および書込電極とが相対的に移動している状態で、従来法よりも直線性がよい多段階記録、またはアナログ記録を行うことができる方法、装置を提供する。【解決手段】  強誘電体層と書込手段が相対的に移動しながら強誘電体層にアナログ記録または多段階記録を行うにあたり、書込手段が電界を強誘電体層へ印加して記録するに先立ち、強誘電体層の飽和電界以上の電界を前歴消去手段によって印加して前歴を消去することを特徴とする強誘電体層への記録方法であって、誘電体層に印加される前歴消去手段による電界が、正負が交番する電界であって、前歴消去手段と強誘電体層の相対的位置の変化によって、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界から減少して、正負が３サイクル以上交番する間に実質的にゼロになるようにする。【選択図】    図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体層と書込手段が相対的に移動しながら強誘電体層にアナログ記録または多段階記録を行うにあたり、書込手段が電界を強誘電体層へ印加して記録するに先立って、強誘電体層の飽和電界以上の電界を前歴消去手段によって印加して前歴を消去することを特徴とする強誘電体層への記録方法であって、
誘電体層に印加される前歴消去手段による電界が、正負が交番する電界であって、前歴消去手段と強誘電体層の相対的位置の変化によって、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界から減少して、正負が３サイクル以上交番する間に実質的にゼロになることを特徴とする強誘電体層への記録方法。
【請求項２】
請求項１記載の強誘電体層への記録方法で記録する装置であって、書込手段である書込用電極、書込用電極の上流に強誘電体層の前歴消去手段である前歴消去用電極、読取用電極を有することを特徴とする強誘電体層への記録装置。
【請求項３】
書込用電極が強誘電体層の前歴消去用電極または読取用電極のいずれかを兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の強誘電体層への記録装置。
【請求項４】
書込用電極が強誘電体層の前歴消去用電極及び読取用電極のいずれをも兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の強誘電体層への記録装置。
【請求項５】
記録装置がディスクドライブ方式でディスクの基板上に形成されている強誘電体層にアナログ記録または多段階記録するための装置であることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の強誘電体層への記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
強誘電体層を記録媒体とし、そこへアナログ記録（無段階記録）または多段階記録を行い、利用する分野、特に、書き換え可能なディスク状記録体への記録に関する強誘電体層への記録方法および強誘電体層への記録装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
通常の強誘電体は、印加電界Ｅと電気分極Ｐの間に図１５に示したような履歴挙動（ヒステリシス）を有している。この履歴挙動についての詳細は、例えば「強誘電体薄膜メモリ」（１９９５年発行、サイエンスフォーラム社）に記載されており、また特開平６−１３０３６１号公報、特開２００１−２９８１６４号公報等にも多数記載されている。印加電界を強くしても強誘電体の電気分極が増加しないようになる電界の強さを飽和電界と呼ぶ。そのときの分極を飽和分極と呼び、Ｐｍと表示する。また、残留分極Ｐｒとは強誘電体を電界Ｅに晒した後、電界を取り去っても強誘電体に残留する電気分極である。強誘電体層に飽和電界以上の電界を印加した際の残留分極を飽和残留分極と呼びＰｒ（ｍ）と表示する。ここで飽和電界とは理論的には強誘電体層の全ての部分が一方向に整列して分極している状態を示すが、実際の強誘電体層においては何らかの原因で仲々整列しない部分が発生することがある。しかし実用上問題のない程度であれば、それを無視して飽和電界と呼ぶ。厳密に区別する場合には、前者をＥｓ（飽和）、後者をＥｍ（最大）で示すことが多い。ここでは実質的な飽和を示し、Ｅｍと表示する。先に述べたＰｍも同様に実質的に最大の分極であることを示す。印加電圧を−Ｅｍ→Ｅｍ→−Ｅｍに変化したときの履歴挙動の例は図１５における最大面積のループであり、一般に飽和履歴曲線と呼ぶ。
【０００３】
強誘電体の残留分極を利用して、強誘電体を記録媒体として使用する分野がある。その分野の一つに、強誘電体層をディスク状の記録メディアとするものがある。例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている高密度記録方式である。
【０００４】
その方式は図１６（ａ）（ｂ）に例示したように、強誘電体層２１０はディスク２００の一面に形成されていて、片持ちレバー２１２で支持された書込用電極２１１と相対している。書込信号発生回路２２１で発生した電界Ｅを書込用電極２１１に印可することによって強誘電体層２１０を分極させ、残留分極Ｐｒを発生させる。記録は強誘電体層２１０と書込用電極２１１が相対的に移動する状態で行う。全面への書込は、記録用メディアがディスク状の場合には、ディスクがモータ２４２で駆動する回転軸２４１を中心に回転し、書込用電極２１１がディスクの直径方法に移動する方法で行う。そして、読出は読出用電極（本例では書込用電極２１１が兼ねる）で読み取った信号を読出信号発生回路で処理して行う。
【０００５】
一方、記録用メディアが回転しない場合の書込方法としては、書込用電極が一方向に移動し、記録用メディアがそれと垂直な方向移動する方法と、書込用電極が平面的に２方向を移動する方法が開示されている。この場合は、記録用メディアはディスク状ではなく、矩形状のものが開示されている。
【０００６】
これら従来技術においては、デジタル記録、すなわち２値記録が対象であって、残留分極は、単にある方向とその逆方向であると述べられているだけである。すなわち、２値記録である。ただし、特開平１１−４０７５９号公報には強誘電体層に通常とは異なる特徴があるものを使用して、残留分極が正負の飽和残留分極の２値以外に残留分極ゼロの状態を得ることによって、３段階（３値）記録を行う方法が開示されている。しかし、３段階記録が限度である。
【０００７】
強誘電体は原理的にはアナログ記録、多段階記録の素材とすることが可能である。ここでアナログ記録とは、一般的には記録すべき信号（データ）の強度が無段階的に変化するのに対応して、記録を無段階的に行うことを指す。また、記録されているデータを無段階的に読み出すことも含む。従って無段階記録と呼ぶこともある。また、多段階記録とは、多値記録とも呼ばれ、記録するべき信号の強度が多段階、または多値の状態で記録媒体に印加され、記録媒体に記録された状態も多段階（多値）の状態になるものをいう。
【０００８】
一般にアナログ記録では、記録媒体上では空間的に、使用上では時間的に連続している記録を指すことが多いが、本発明においては、図１７のように空間的、時間的に離散している記録も、記録信号が無段階信号ならばアナログ記録と呼ぶ。多段階記録の場合も同様である。このように、記録媒体上で分割して記録されることは、例えばディスクをセグメントに分割して記録する場合に発生する。
【０００９】
多段階記録（多値記録）とは、一般には３段階（３値）以上の記録を指すが、本発明においても、同様であるとする。また、本発明においては、飽和残留分極が２方向あることを使用した２段階記録（２値記録）の場合を、デジタル記録と呼ぶ。
【００１０】
アナログ記録がデジタル記録より好都合な場合は、例えば自然現象の記録や、出力が人間の感覚で受け取られる場合である。たとえばデジタルカメラの信号を記録するのに有効である。デジタルカメラのＣＣＤからの画像信号の強度は完全に無段階ではなく、多数の段階からなっている。その画像の出力信号を画像として見るのは人間であり、画像をアナログ的に受け取る。また、音声も同様である。
【００１１】
現在はデジタル信号処理技術が進歩し、音声のようなアナログ信号であってもＡ−Ｄ変換でデジタル化して記録し、記録信号の読み出しもその後の信号処理もデジタルである。最終段階に近い段階でＤ−Ａ変換して人間が受け取ることができるようにしている。しかし、アナログまま記録・再生することができれば、データ量やデータ処理量を減少することができる。また、多段階記録が可能であれば、２値のデジタルデータであってもＤ−Ｄ変換によって、データ量が減少し、処理速度の向上につながる。
【００１２】
アナログ記録では、入力と出力の間にどの程度の直線性（正比例関係）が得られるのかが常に問題となる。アナログ記録では、記録する信号の強度とその信号を記録状態から再生した信号の強度の関係が、何ら補正しない状態で直線的に比例するほど、使用しやすく、用途が広い。多段階記録でも同様である。また、周波数応答性が低周波数から高周波数まで平坦であるほど好ましい。一般に、強誘電体は分極の反転速度が数マイクロ秒であるので、基本的には周波数応答性を広くすることができる可能性がある。
【００１３】
メモリセルの発明ではあるが、強誘電体をアナログ記録の用途に使用する方法が特開平９−６３２９４号公報に開示されている。その方法を、図１８に基づいて以下に述べる。
【００１４】
まず、強誘電体層Ｆｍを一対の電極Ｐｔで挟持した構成を作成する（図１８（ａ））。これをメモリセルを呼ぶ。電極Ｐｔに図１８（ｂ）に示した一連の電気信号を印加する。すなわちまず、メモリセルに強誘電体の抗電界（出願人注：飽和電界と解する方がよいと考える）よりも大きな電界を有する第一のパルスＶｅを一対の電極から強誘電体層に印加して、強誘電体を分極の２つの状態のうち第一の方向（図１８（ａ）では下向き方向）の分極状態Ｐに分極させる。次に第一のパルスとは逆方向の電界の第２のパルスＶｗを電極に印加して、第一の方向の分極を有するドメインと、それとは逆方向の分極（上向きの分極Ｐ）を有するドメインとが混在した部分分極状態とする（図１８（ｃ））。この第２のパルスで部分分極状態を無段階的に制御することができるので、アナログ記録を行うこと
ができる。
【００１５】
図１８（ａ）の状態にすることは、既に強誘電体層に記録されている残留分極（以後、前歴と呼ぶ）を消去するための行程であって、多段階記録、アナログ記録を行うためには必要な行程である。もしも、この行程を経ずに新規なデータを書き込むための電界を印加すると、得られる残留分極は、前歴によって異なった値になる。その理由は、強誘電体がヒステリシス特性を有することに由来する。図１８（a）の状態、すなわち飽和分極の状態にすると、前歴は消去され、その後に新規なデータを書き込むと、再現性のある残留分極が得られる。
【００１６】
この特開平９−６３２９４号公報の方法を、書込電極と強誘電体層が相対的に移動する状態に適用したものが、特開平９−９１７７６に記載されている。すなわち、第１のパルスで強誘電体層を飽和分極の状態にしたのち、第２のパルスで逆方向の電界を印加して、部分分極状態にする方法である。
【００１７】
この方法の問題点は、後に作用効果の項で詳しくのべるが、書込電界と残留分極が直線関係にある範囲が狭く、また記録可能な電界の幅が狭い点である。ただし、感度は高い。
【００１８】
一方、特許文献１、特許文献２、特許文献３等の公知資料には、強誘電体層の前歴を消去する行程についての記載がない。これは、書込時には、常に飽和分極の状態（図１８（ａ）の状態および分極の方向が逆の状態）にするので、強誘電体層の前歴は消去されてしまう。従って前歴消去の行程は不要だからである。また、前歴を消去する行程を行おうとしても、強誘電体層と電極が相対的に移動しているので、行うことができない。
【００１９】
また、別の方法が特開平１１−３０５２５７号公報に記載されている。これは、アクティブ型液晶表示装置において、ＴＦＴのゲート絶縁層に強誘電体を使用して、消費電力を減少するという発明である。
【００２０】
その発明では、強誘電体ゲート絶縁膜の分極状態を多段階または無段階に所要の値にする方法を開示している。その方法では、強誘電体層の前歴を消去する方法として、図１９に示した方法を使用している。すなわち時間的に電界が減少する交番パルス電界、または交流で強誘電体層の前歴を消去する方法である。その後、記録すべき電圧を印加して、残留分極を得る。しかし、本発明が対象としている方法では、前歴消去用電極と強誘電体層が相対的に移動しているので、この方法も適用することができない。
【特許文献１】特開平８−３１０２７号公報
【特許文献２】特開平９−９１７７６号公報
【特許文献３】特開平１０−２８９４９５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
通常の強誘電体層を記録材とし、記録材と前歴消去用電極および書込電極とが相対的に移動している状態で、従来法よりも直線性がよい多段階記録、またはアナログ記録を行うことができる方法、装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、強誘電体層と書込手段が相対的に
移動しながら強誘電体層にアナログ記録または多段階記録を行うにあたり、書込手段が電界を強誘電体層へ印加して記録するに先立ち、強誘電体層の飽和電界以上の電界を前歴消去手段によって印加して前歴を消去することを特徴とする強誘電体層への記録方法であって、誘電体層に印加される前歴消去手段による電界が、正負が交番する電界であって、前歴消去手段と強誘電体層の相対的位置の変化によって、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界から減少して、正負が３サイクル以上交番する間に実質的にゼロになることを特徴とする請求項１記載の強誘電体層への記録方法である。
【００２３】
請求項２に係わる発明は、請求項１記載の強誘電体層への記録方法で記録する装置であって、書込手段である書込用電極、書込用電極の上流に強誘電体層の前歴消去手段である前歴消去用電極、読取用電極を有することを特徴とする強誘電体層への記録装置である。
【００２４】
請求項３に係わる発明は、書込用電極が強誘電体層の前歴消去用電極または読取用電極のいずれかを兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の強誘電体層への記録装置である。
【００２５】
請求項４に係わる発明は、書込用電極が強誘電体層の前歴消去用電極及び読取用電極のいずれをも兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の強誘電体層への記録装置である。
【００２６】
請求項５に係わる発明は、ディスクドライブ方式でディスクの基板上に形成されている強誘電体層にアナログ記録または多段階記録するための装置であることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の強誘電体層への記録装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によって、強誘電体層を記録媒体とする多段階記録、アナログ記録を行う強誘電体層への記録方法、および強誘電体層への記録装置として、従来法より直線性のよい方法、装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
請求項１に関わる強誘電体層への記録方法に用いられる記録装置の構造例を図１に示す。図１において、強誘電体層１２はディスク状の基板１０の上に裏面電極１１を介して形成されていて、軸中心で回転している。裏面電極１１は、少なくとも表面に強誘電体層１２がある部分の裏面全面に形成されている。
【００２９】
前歴消去手段である前歴消去用電極２３と書込手段である書込用電極２２は、強誘電体層１２とは接しない状態で保持され、強誘電体層１２が回転した場合に同一軌道上にあるように配置されている。前歴消去用電極２３には消去信号発生器２５より消去信号が供給され、針状電極２１によって消去信号の電圧に比例した電界強度が強誘電体層１２に印加される。前歴消去は書込に先立って行う必要があることから、前歴消去用電極２３は後述する書込用電極２２の上流に設ける。書込用電極２２には記録信号発生器２４より記録信号が供給される。消去信号と記録信号のタイミングは、必要ならば、消去信号で強誘電体層１２の前歴が消去された場所が書込用電極の針状電極の真下に来た時に記録信号が印加されるように調整する。
【００３０】
ここで、消去信号発生器から前歴消去用電極に印加される正負が交番する消去信号の強度は、時間的に一定であり、少なくとも強誘電体層の飽和電界以上の強度の電界が前歴を消去したい強誘電体層に印加される強度を有するものである。この消去用電界は、相対的移動によって前歴消去用電極と強誘電体層の距離が大きくなるに従って減少して、正負が３サイクル以上交番する間に実質的にゼロになるものが望ましい。ここで、実質的にゼロとは、記録用電界による残留分極に対する影響が、記録用電界のノイズレベルに近い程度であることを意味する。書込電極の位置は、前歴消去用電界が実質的にゼロになる位置であることが必要である。
【００３１】
従来法における前歴を消去する方法として、消去用信号としてパルス電界を用いる場合を示せば、消去すべき場所が一カ所（１セグメント）の場合には、図２（ａ）に示した単パルスであり、消去すべき場所が連続している（２セグメント以上）の場合には、図２（ｂ）に示したように単パルスを連続させてもよいが、図２（ｃ）に示したように所要電界を連続して印加してもよい。強誘電体層を飽和分極させるに必要な電界以上の電界を前歴消去用電極によって強誘電体層に印加する。
【００３２】
このようにして前歴を消去した部分に多段階信号、またはアナログ信号を書き込む過程の従来例をヒステリシス曲線を用いて説明する（図３）。なお、実際には書込電極と強誘電体層は相対的に移動しているし、書込電界は一点に印加されるのではなく、強度の分布があるので、ある範囲に不均一に印加される。これらの点については後述する。ここでは単純に強誘電体層に、ある大きさの電界が印加された場合について述べる。なお、強誘電体の分極反転の応答速度はマイクロ秒以下であるが、この速度が問題にならない範囲を対象とする。
【００３３】
以上の条件下で強誘電体層に記録される残留分極Ｐｒの大きさを、図３に基づいて以下に説明する。図３において、前歴消去用電極でマイナス方向の飽和分極状態にするために必要な最小の電界−Ｅｍよりマイナス方向に大きな電界を印加すると、強誘電体層の分極は−Ｐｍになる。次に印加電界をゼロにすると、強誘電体層の分極は状態−Ｐｒ（ｍ）になる。このように、飽和分極状態にすることにより、強誘電体層のそれまでの履歴はリセットされて、新規の書込みに対する残留分極Ｐｒの再現性が向上する。この状態で、記録のための第２の電界Ｅ（ｎ）（ｎ＝１，２，３，４，５，…のいずれか）を印加して分極状態をＰ（ｎ）とする。電界印加を休止すると分極状態はＰｒ（ｎ）になる。ここで、ｒはおのおの電界印加が終了して印加電界が０になった状態を示している。Ｅの値をＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５と変化することにより、残留分極ＰｒはそれぞれＰｒ（１）、Ｐｒ（２）、Ｐｒ（３）、Ｐｒ（４）となる。この結果をＥ（１）〜Ｅ（５）に対応するＰｒ（１）〜Ｐｒ（５）としてプロットすると図４のようになる。このようにして従来方式による多段階記録およびアナログ記録が可能になる。しかしながら、図４から明らかなように、ＥとＰｒの関係は非常に歪んでいる。なお、図４については後に詳しく述べる。
【００３４】
次に書込用電極によって発生する電界の大きさと分布の影響について述べる。これらは、結局は分解能（解像度）に影響する。
【００３５】
時間的に連続した多段階信号あるいはアナログ信号を書込用電極に供給して強誘電体層に記録する方法、によって生じる残留分極の様子を図５に基づいて以下に説明する。この場合、強誘電体層の前歴消去は対象部分全域について連続して飽和電界を印加して行ったものとする。
【００３６】
理想的な書込用電極として、それによって発生する電界の分布が一様ものを想定する。まず、この書込用電極の直下を強誘電体層が移動している最中に、電界が変化した場合を以下検討する。
【００３７】
書込電界が弱→強に変化した場合と、強→弱に変化した場合では、強誘電体のヒステリシス特性の故に、残留分極の様子が若干異なる。弱→強に変化した場合には、書込用電極の直下で弱く分極していた部分（弱分極部分）は全部強く分極した状態（強分極状態）になる。一方、書込電界が強→弱に変化した場合には書込用電極の直下で強分極だった部分の残留分極は強分極のまま残る。従って、たとえば、図５（ａ）に示したように、ｔ＝０で強（＋＋）の信号電界を印加した時点から、（ｂ）のｔ＝１で強（＋＋）の信号電界を終了し、弱（＋）の信号電界を印加するまでは、上向きの分極が大きい。（ｃ）のｔ＝２は、弱の信号を印加してから、電極の半ばまで強誘電体層が移動した状態であって、強誘
電体層は電極の前半分の部分は電界弱に比例した少程度の分極状態である。（ｄ）は書込信号の強度弱の状態で強誘電体層が書込用電極の下を半分だけ通過した状態を示している。さらに（ｄ）は書込信号が弱の状態で強誘電体層が書込用電極の出口まで移動した状態を示している。次に書込信号が弱の状態で記録された部分の先端が書込用電極の出口を通過する寸前に強信号を印加すると、（ｅ）に示したように先に記録した弱信号による分極は消去されて、強信号に対応する分極状態になる。従って、分解能（解像度）は、書込用電界の移動方向の長さ（幅）の２倍のサイズである。
【００３８】
実際には、書込用電極による電界は一様でなく、また電極の端部で不連続的にゼロになるのではなく、連続的に減少する。従って、分解能は上述の解析結果よりも若干変化するが、書込用電極の幅の大略２倍であるということができる。以上が従来技術における強誘電体層への書込過程である。
【００３９】
本発明においては、前歴消去用電界として、正負が交番する電界を使用するが、消去する場所が一カ所（１セグメント、１トラック）であって、交番する複数のパルス（図５（ａ）（ｂ）、または交流（ｃ）を用いる場合を、以下図６〜８に基づいて説明する。全面の記録を消去して書き換える場合も同様である。
【００４０】
なお、消去する際には、前歴消去用電界の最大強度は強誘電体層の飽和電界以上である。交番する回数は数回程度あればよい。交番する回数が少ないと、前歴消去効果が不完全になり、書込電界と残留電界の間の相関（再現性）が低下する。そのため、アナログ記録、多値記録の精度が低下する。要求される再現性によって異なるが、少なくとも３サイクルは交番することが望ましい。通常は５〜６回交番すれば充分であるが、高い再現性を必要とする場合には、さらに多数回の前歴消去用交番電界を印加する。
【００４１】
図７は、強誘電体層が消去用電極に近づき、下を通過し、遠ざかるにつれて、印加される電界が変化する様子を例示している。消去用電極は一定強度の交番電界を発生している。強誘電体層に印加される電界の強度の増加、減少は直線的であるように描いているが、実際は電極の形状によって異なる。図８はその際の強誘電体層内の分極の履歴である。分極は、最終的には原点近くに収束する。電界を漸次減少して履歴を消去する方法は、特開平１１−３０５２５７号公報に記載されているが、その場合には消去用電極と強誘電体層の位置は固定し、消去用電界を時間的に減少させている。
【００４２】
強誘電体層の前歴を消去する方法として、飽和電界を印加する方法を使用した場合と、交番電界を印加する方法を使用した場合では、書込時の印加電圧と残留分極の関係が異なる。その相違の様子を図４、図１５に基づいて以下に述べる。
【００４３】
なお、前歴を消去して書込可能な状態にすることを、以下初期化するということにする。
【００４４】
一方向の飽和電界を印加して前歴を消去して初期化した場合の、書込電界Ｅ１，Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４等と残留分極Ｐｒ１、Ｐｒ２、Ｐｒ３、Ｐｒ４等との関係は、図４に示したようになる。図４において、書込電界と残留分極の間に直線的な比例関係があるのは、Ｅ２〜Ｅ４の範囲である。また、直線性をある程度犠牲にしたとしても、Ｅ１より少し高い電界からＥ５までが記録可能範囲である。すなわち、この方法では、書込電界と残留分極の間に直線性が成立する範囲が狭く、また記録可能な書込電界の幅が狭い。ただし、この方法では書込電界と残留分極の関係の勾配が急峻なので、感度は高い。
【００４５】
一方、減衰する交番電界を使用する方法で前歴を消去して初期化した場合の、書込時の書込電界Ｅと残留分極Ｐの関係は図１０に示したようになる。
【００４６】
その理由を図１１に基づいて以下で説明する。ただし、印加する前歴消去用電界の減衰度合いは実質的に滑らかであるとした場合、即ち、理想的な場合についてである図７においては、印加電界は最大（飽和電界）からゼロまでに４サイクル程度交番しているが、この程度では実質的に滑らかとは言えず図９に例示したように初期化分極曲線は原点から多少ずれ、また滑らかでない。実質的には交番する回数が１０サイクル程度であれば、図１０にようなほぼ原点を通る滑らかな初期化曲線となる。
【００４７】
図１１の初期化分極曲線は、図８の点線、すなわち交番電界を使用する方法による初期化方法で前歴を消去した場合の、分極Ｐの減少の折り返し点の包絡線である。そして、書込電界Ｅを印加した場合には、この線に沿って分極Ｐが発生する。残留分極Ｐｒは、生じた分極Ｐに対応したヒステリシス曲線（マイナーループ）に従った値になる。すなわち、図１１において、Ｅ１の電界でＰ１まで分極した強誘電体層は、電界をゼロにすると、残留分極はＰｒ１になるが、曲線Ｐ１〜Ｐｒ１は、Ｐ１の分極を最大分極とするマイナーループの一部である。マイナス方向に−Ｅ２の電界を印加した場合には、−Ｐ２まで分極し、残留分極は−Ｐｒ２となる。図１１とマイナーループを使用して、書込電界と残留分極の関係を図上で求めることができる。その結果が図１０である。
【００４８】
初期化方法として、飽和電界Ｅｍ以上の電界を一回印加する方法と、漸次減少する交番電界であって最大電界が飽和電界Ｅｍ以上であるもの、を使用する方法を比較すると、後者は、図１０において、書込電界の範囲として図１１の−７から＋７程度の範囲を使用することができる。また、書込電界Ｅと残留分極Ｐｒがほぼ直線関係をなす範囲も書込電界が−３から＋３の範囲であり広い。図９と比較して遙かに直線性が高いので、アナログ記録に適している。また、書込電界と記録される残留分極の関係の勾配が緩やかであるので、電界の制御を高精度で行う必要性が少ない。以上が本発明の方法と利点である。
【００４９】
なお、本発明の方法で多段階記録を行う場合、時間的に連続する記録信号を用いる場合について述べたが、時間的に不連続なパルス状の記録信号も同様に用いることが可能である。
【実施例１】
【００５０】
図１２は、本発明の記録装置の実施例である。前歴消去用電極と書込用電極とを有し、ディスクの基板上に形成されている強誘電体層に請求項１に記載の方法でアナログ記録や多段階記録を行うことができる機能を有することを特徴とするディスクドライブ記録装置である。特開平９−９１７７６号公報に示されているものを基本とし、前歴消去用電極を追加し、書込用電極と読取用電極を分離した構造である。従って、書き込みながら、読み取ることが可能である。
【００５１】
以下、図１２に基づいて説明する。なお、図示してないが、書込用電極１１２と読取用電極１１６は位置、および時刻に関して同一の制御系で制御されている。また、前歴消去用電極１１１と書込電極を搭載しているカンチレバーは、空気浮上法で強誘電体層と一定の間隔を保つようにしている。また、ディスク１１０上の強誘電体層は電源のアース側と電気的に接続されている。
【００５２】
強誘電体ディスク１１０は、ディスク上のガラス基板の上に裏面電極としてＩＴＯ（膜厚０．２μｍ）をスパッタ法で成膜し、その上に強誘電体層として、ジルコン酸チタン酸鉛（膜厚１００ｎｍ）をスパッタ法で成膜したものである。なお、ガラス基板の中心部は回転駆動用の穴が開けてあって、さらにＩＴＯ電極と回転駆動軸の間は電気接続可能な構造となっている。
【００５３】
強誘電体ディスク１１０は回転機構１１４によって、１８００ｒｐｍで回転している。
【００５４】
前歴消去用電極１１１、書込用電極１１２、読取用電極１１６はいずれも白金線で、先端を電界研磨法で曲率半径２００ｎｍに研磨したものを用いた。前歴消去用用電極１１１と書込用電極１１２は同一の片持ちレバー１１３に取り付けられていて、ディスク１１０が回転した場合、前歴消去用用電極１１１と書込用電極１１２が同一軌道上にあり、かつ、前歴消去用用電極１１１が上流にあるように取り付けられている。片持ちレバー１１３の支持部はＸＹ移動機構に取り付けられていて、電極部を必要な場所に移動することができる。読取用電極１１６も同様に取り付けられている。前歴消去用電極１１１、書込用電極１１２は共に空気浮上法によって強誘電体層と一定の距離を維持するようにしている。
【００５５】
前歴消去用電極１１１は消去用電源に、書込用電極１１２は書込用電源に接続されている。
【００５６】
読取用電極１１６には読取電極位置制御電源より一定の電位が印加されていて、強誘電体層の記録された残留分極との間に引力や斥力が働く。そのため読取用電極１１６が含まれるセンサー部は、上下方向に動く。背面の反射面にはレーザ光１１５が照射され、反射光は光センサー１１７で検出されて、信号が位置検出センサーに入り、読取用電極１１６の上下方向の位置が検出される。検出された信号はフィードバック信号として位置制御電源に入れ、読取用センサー部が一定位置を維持し、上下に動かないように位置制御装置１１８にて制御する。また、その制御信号の大きさを残留分極の大きさ、すなわち記録されていた信号の大きさとして取り出す。
【００５７】
なお、読取用電極１１６の電界によって記録されていた残留分極の大きさが変化してしまう場合には、読み取り後に前歴消去用電極１１１と書込用電極１１２によって、書き直す。読取用電極１１６の電位を０に保持すれば、この必要はない。
【００５８】
本発明の装置により、強誘電体層の分域径０．２ｍｍ、ビット周期０．４ｍｍ、記録密度４００Ｍｂ／ｃｍ２を達成することができる
【実施例２】
【００５９】
実施例１の装置において、読取用電極を書込用電極と共用するようにした。図１３に構造の概略図を示す。書込・読取兼用電極１２１には実施例１で使用したものを用いた。それに印加する電圧は、書込時と読取時で切り替える。従って、書き込みながら読み取ることはできない。
【００６０】
一方、書き込み時に書き込み電界によって強誘電体層と書込・読取兼用電極１２１の間隔が変動することを、位置制御装置１１８によって抑制することができる。
【実施例３】
【００６１】
実施例１の装置において、前歴消去用電極と読取用電極と書込用電極とを共用にするようにした。図１４に構造の概略図を示す。ある部分を書き換えるには、まず、共用電極１３１にて前歴を消去して、一回転後に消去した場所に戻った時点で共用電極１３１で書き込む。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る強誘電体層への記録方法に用いる装置の概略構成図である。
【図２】前歴消去用電界の印加方法に係る概念図で、セグメント単位で記録されたデータをセグメント単位で消去用電界を印加して消去する方法（ａ）、（ｂ）及び連続電界を印加して消去する方法（ｃ）を示す。
【図３】図２の方法で前歴を消去した場合の書込電界Ｅによる残留分極Ｐｒの発生の関係をヒステリシスループで示した説明図である。
【図４】図３の結果を書込電界Ｅと残留分極Ｐｒとの関係でプロットした図である。
【図５】分解能の説明のための、書込用電極と強誘電体層の分極の様子の断面図である。
【図６】前歴消去用の交番電界の例を示す説明図で、（ａ）は交番する複数のパルス、（ｂ）連続的に交番するパルス、（ｃ）交流である。
【図７】前歴消去用の交番電界の強度と消去用電界−強誘電体層の距離の関係の例を示す説明図である。
【図８】一定強度の交番電場を前歴消去用電極で発生した場合に、移動する強誘電体層の１点に印加される電界強度の時間変化を示すグラフ図である。
【図９】前歴消去用電界として図７のような交番回数の少ない電界を印加した場合の分極減少の様子を示すヒステリシスループのグラフ図である。
【図１０】減衰交番電界を印加する方法による初期化方法で前歴を消去した時の理想的な書込電界と残留分極の関係を示すグラフ図である。
【図１１】減衰交番電界を印加する方法による初期化方法で前歴を消去した時の書込電界と残留分極の関係を示すグラフ図である。
【図１２】実施例１の強誘電体層への記録装置の構成概略図である。
【図１３】実施例２の強誘電体層への記録装置の構成概略図である。
【図１４】実施例３の強誘電体層への記録装置の構成概略図である。
【図１５】強誘電体のヒステリシスの例を示すグラフ図である。
【図１６】強誘電体膜を使用した従来の記録装置の例を示す概念図（ａ）と、機能構成図（ｂ）である。
【図１７】時間的（空間的）に離散したアナログ記録例を示すグラフ図である。
【図１８】強誘電体層へのアナログ記録を行う従来方法の例を示す電気信号と強誘電体層の分極の状態を示す説明図である。
【図１９】特開平１１−３０５２５７に記載されている前歴消去用電界の強度の時間変化の説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  基板
１１  裏面電極
１２  強誘電体層
２１  針状電極
２２  書込用電極
２３  前歴消去用電極
２４  記録信号発生器
２５  消去信号発生器
１１０  強誘電体ディスク
１１１  前歴消去用電極
１１２  書込用電極
１１３  片持ちレバー
１１４  回転機構
１１５  レーザ光
１１６  読取用電極
１１７  光センサー
１１８  位置制御装置
１１９  記録信号出力
１２１  書込・読取兼用電極
１３１  共用電極
２００  ディスク
２１０  強誘電体層
２１１  書込用電極
２１２  片持ちレバー
２２１  書込信号発生回路
２２２  読出信号発生回路
２４１  回転軸
２４２  モーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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