(57)【要約】薄膜を仮想的に多数の微小領域に分け、微小領域の１つ（例えば微小領域）に鋭利な先端形状を有する記録再生針を接触させ、薄膜表面に平行に移動させることにより、薄膜を構成する微粒子や微結晶や分子の配向方向を変化させ、情報を記録する。例えば、この内部構造を２つの状態の間で変化させることにより、微小領域毎に”０”、”１”の情報を記録する。情報の読み出しは鋭利な先端形状を有する記録再生針を薄膜表面に定常的または間欠的に接触させた状態で針と薄膜の間に発生する相互作用力を検出することにより行う。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された薄膜の微小領域において、鋭利な先端形状を有する部材を用いて薄膜の表面に膜面に対し平行な方向の力を加えることにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録する情報記録工程と、
前記情報記録工程により記録された情報を再生する情報再生工程と、を含み、
前記情報再生工程は、
前記薄膜に鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に接触させ、該部材を該薄膜に対し膜表面に平行な方向に微小距離移動及び／又は振動させ、該両者の間に生じる力を検出することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を読み出す工程を含むことを特徴とする高密度情報記録再生方法。
【請求項２】
基板上に形成された薄膜の微小領域において、温度制御された鋭利な先端形状を有する部材を薄膜の表面に接触させ、薄膜表面の温度を制御することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録する情報記録工程と、
前記情報記録工程により記録された情報を再生する情報再生工程と、を含み、
前記情報再生工程は、
前記薄膜に鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に接触させ、該部材を該薄膜に対し膜表面に平行な方向に微小距離移動及び／又は振動させ、該両者の間に生じる力を検出することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を読み出す工程を含むことを特徴とする高密度情報記録再生方法。
【請求項３】
前記情報記録工程において、薄膜の微小領域における１つの情報記録領域に３値以上の情報を記録することを特徴とする請求項１又は２に記載の高密度情報記録再生方法。
【請求項４】
前記情報記録工程において、前記鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に前記薄膜の表面に接触させた状態で、膜面に対し平行な方向に微小距離移動または振動させることにより、情報を記録することを特徴とする請求項１又は３に記載の高密度情報記録再生方法。
【請求項５】
基板上に形成された薄膜の微小領域において、鋭利な先端形状を有する部材を用いて薄膜の表面に膜面に対し平行な方向の力を加えることにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録することを特徴とする高密度情報記録方法。
【請求項６】
基板上に形成された薄膜の微小領域において、温度制御された鋭利な先端形状を有する部材を薄膜の表面に接触させ、薄膜表面の温度を制御することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録することを特徴とする高密度情報記録方法。
【請求項７】
前記薄膜の微小領域における１つの情報記録領域に、３値以上の情報を記録することを特徴とする請求項５又は６に記載の高密度情報記録方法。
【請求項８】
前記鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に前記薄膜の表面に接触させた状態で、膜面に対し平行な方向に微小距離移動または振動させることにより、情報を記録することを特徴とする請求項５又は７に記載の高密度情報記録方法。
【請求項９】
前記薄膜の微小領域の温度を制御することを特徴とする請求項５，７又は８に記載の高密度情報記録方法。
【請求項１０】
前記薄膜の微小領域における接触圧を制御することを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の高密度情報記録方法。
【請求項１１】
前記薄膜の微小領域に電界を印加して、該微小領域内の分極を変化させることにより前記情報に重畳して異なる情報を記録することを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の高密度情報記録方法。
【請求項１２】
前記薄膜の微小領域に磁界を印加して、該微小領域内の磁化を変化させることにより前記情報に重畳して異なる情報を記録することを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載の高密度情報記録方法。
【請求項１３】
少なくとも基板と前記基板上に積層された薄膜とを有する情報記録用媒体であって、
請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法により前記薄膜に情報の記録が可能であることを特徴とする高密度情報記録媒体。
【請求項１４】
前記薄膜が複数積層されていることを特徴とする請求項１３に記載の高密度情報記録媒体。
【請求項１５】
請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法により記録された情報を再生する方法であって、
前記薄膜に鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に接触させ、該部材を該薄膜に対し膜表面に平行な方向に微小距離移動及び／又は振動させ、該両者の間に生じる力を検出することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を読み出す工程を含むことを特徴とする高密度情報再生方法。
【請求項１６】
請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法により記録された情報を消去する方法であって、
請求項５〜１２記載の記録方法のうち少なくとも１つと同様の方法を用いて情報を消去することを特徴とする高密度情報消去方法。
【請求項１７】
請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法により記録された情報を消去する方法であって、少なくとも前記薄膜の情報記録領域の温度を制御することにより、情報を一括消去することを特徴とする高密度情報消去方法。
【請求項１８】
請求項１〜４のいずれかに記載の高密度情報記録再生方法及び／又は請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法及び／又は請求項１５に記載の高密度情報再生方法及び／又は請求項１６又は１７に記載の高密度情報消去方法を実行するための装置であって、
鋭利な先端形状を有する部材と、
前記薄膜と前記部材をｘ、ｙ、ｚ方向に相対的に移動させる移動機構と、
を備えることを特徴とする高密度メモリ装置。
【請求項１９】
薄膜と前記部材との接触圧を制御する接触圧制御手段を備えることを特徴とする請求項１８に記載の高密度メモリ装置。
【請求項２０】
前記部材およびまたは前記薄膜を所定の振動周波数で振動させる振動制御手段を備えることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の高密度メモリ装置。
【請求項２１】
前記薄膜およびまたは前記部材を所定の温度にする温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれかに記載の高密度メモリ装置。
【請求項２２】
前記薄膜に対して電界を印加する電界印加手段を備えることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれかに記載の高密度メモリ装置。
【請求項２３】
前記薄膜に対して磁界を印加する磁界印加手段を備えることを特徴とする請求項１８〜２２のいずれかに記載の高密度メモリ装置。
【請求項２４】
前記薄膜に対して超音波振動を印加する手段を備える請求項１８〜２３のいずれかに記載の高密度メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、１００平方ナノメートルオーダーの微小領域に情報を記録することが可能な高密度記録媒体及びその記録装置、及びその記録、再生、消去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  メモリの分野では常に記録密度の向上が求められる。シリコン半導体メモリや磁気ディスクでは、記録密度はこれまでほぼムーアの法則に従って向上してきたが、いずれ限界に達すると考えられる。そこで、従来のものとは異なる原理で動作する新しいメモリが求められている。【０００３】  そのようなメモリの１つとして、走査型トンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）の原理を応用したメモリが検討されている。例えば特許文献１には、ＳＴＭの原理を応用して、ポリイミドＬＢ膜の膜面をプローブ電極で走査しつつ、所定値以上の電圧を印加することによりその位置に情報を記録し、その位置において測定されるトンネル電流の強弱により記録情報を読み出す（再生する）ことができる装置が記載されている。また、非特許文献１には、ＡＦＭの原理を応用して、ポリマー膜を加熱した状態でＡＦＭの探針により膜面に垂直方向の力を印加し、膜表面を凹状に加工して情報を記録することが記載されている。この場合、情報の読み出しはＡＦＭ装置を用いて膜表面の凹凸形状を測定することにより行われる。【０００４】  一方、本願発明者は、ＡＦＭ装置を用いて微小領域における微粒子又は微結晶又は分子の配向特性を制御する方法について検討を行ってきた。特許文献２には、製膜途中又は製膜後の膜全体又は膜内の任意の領域にＡＦＭの探針等（これに限定されない）の鋭利な先端形状を有する部材を用いて力を加えることにより、膜を構成する微粒子又は微結晶及び／又は分子の配向方向を制御することが記載されている。この文献によれば、例えばポリマー材料では、ポリエチレン薄膜、ポリ三フッ化エチレン薄膜、フッ化ビニリデン薄膜等の多くの薄膜において、膜面上でＡＦＭ探針を走査してその走査方向に力学的な力を与えることにより、その力を受けた領域内の微粒子又は微結晶又は分子鎖を所定の方向に配向させることができる。【０００５】  配向制御の結果は力を加える時の膜温度に依存する。また、最適温度は膜材料によって異なる。更に、同じ膜材料であっても、一般に、微粒子又は微結晶の配向制御と分子の配向制御では最適温度が異なる。このことについて、基板上にフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンのランダム共重合体（Ｐ−（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））のラメラ型微結晶を、そのラメラ面が基板に垂直に配向するように成長させた薄膜を例に説明する。この薄膜を加熱しつつ上記走査方向の力を加える。加熱温度が８０℃の場合には微結晶が探針から受ける力により回転しその長軸（分子鎖軸に対して垂直方向）が走査方向に略平行に配列する。それに対して、加熱温度が１３５℃の場合には分子鎖が探針の走査方向に引き伸ばされた後、その方向を維持しながら折り畳まれ結晶化するため、ｃ軸（分子鎖軸）が走査方向に略平行に配列する。なお、ここでは有機のポリマー材料を例に挙げて説明したが、特許文献２に記載の方法はオリゴマー又は液晶材料などの有機低分子材料にも適用可能である。更に、微粒子又は微結晶で構成される無機薄膜に対しても適用可能である。
【特許文献１】特開平６−１８７６７５号公報（１９９４年７月８日公開）（特に、［００５２］〜［００７６］，図４，図７〜１０）
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００４／０２６４５９号公報（２００４年４月１日公開）（第１５頁２６行目〜第１７頁１７行目、図２〜図６）
【非特許文献１】Ｈ．Ｊ．Ｍａｍｉｎ他、アプライド・フィジックス・レターズ、（米国）、アメリカン・インスティテュート・オブ・フィジックス、１９９２年、第６１巻、第１００３ページ（Ｈ．Ｊ．Ｍａｍｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，″Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｗｒｉｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａｎ  ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ  ｔｉｐ″，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９２，ｖｏｌ．６１，ｐ．１００３）
【発明の開示】
【０００６】  本発明が解決しようとする課題は、微小領域における微粒子又は微結晶及び／又は分子の配向方向を制御する技術を用いることにより、従来技術では困難な高密度情報記録を可能とする新しいタイプの書き換え型ランダムアクセス高密度メモリを提供することである。
【０００７】  上記課題を解決するために成された本発明に係る高密度情報記録方法は、基板上に形成された薄膜の微小領域に鋭利な先端形状を有する部材を用いて薄膜表面に平行な力を加えることにより、該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録することを特徴とする。薄膜表面に平行な力を加える方法としては、例えば、鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に薄膜の表面に接触させた状態で、該部材を膜面に平行な方向に微小距離移動または振動させることにより、膜表面に平行な方向の力を加えることが可能である。ここで、「定常的に接触させた状態」とは部材と膜表面の間の距離または接触圧が一定になるように制御された状態をさす。また、「間欠的に接触させた状態」とは両者の間の距離または接触圧が周期的または非周期的に変化するように制御された状態をさす。（以下本明細書に於いては「定常的または間欠的に接触」とは何れも上記の意味で使用される。）上記の状態を保ちながら、該部材を膜面に平行な方向に微小距離移動させることにより、膜に対して移動方向に沿って力を加えることが出来ることを示す。また、該部材を膜面に平行な方向に振動させることにより膜に対して振動の方向に沿って力を加えることが出来ることを示す。上記の例はいずれも膜表面に平行な力を実現できる一例である。
【０００８】  上記高密度情報記録方法において、微小領域に情報を記録する際に、該部材と膜との間の接触圧や該微小領域の温度を制御してもよい。
【０００９】  更に、例えば、前記薄膜を強誘電体とした場合、微小領域に前記記録を行う際に電界を印加して、該微小領域内の分極を変化させることにより前記情報に重畳して異なる情報を記録することができる。また、前記薄膜を強磁性体とすれば、微小領域に前記記録を行う際に磁界を印加して、該微小領域内の磁化を変化させることにより前記情報に重畳して異なる情報を記録することもできる。
【００１０】  一方、上記課題を解決するために成された本発明に係るもう一つの高密度情報記録方法は、基板上に形成された薄膜の微小領域において、温度制御された鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に薄膜の表面に接触させ、薄膜表面の温度を制御することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録することを特徴とする。ここでは、薄膜表面に平行な力を加えることなく、鋭利な先端形状を有する部材を用いて、薄膜表面の温度を制御することのみで該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を制御する情報を記録する技術を開示している。上述の温度制御により情報を記録する技術と上述の鋭利な形状で力を印加し情報を記録する技術と組み合わせることで、さらに高密度なメモリ装置を実現することが可能になる。
【００１１】  また、本発明に係る高密度情報記録方法において、前記薄膜の微小領域における１つの情報記録領域に、３値以上の情報を記録することが好ましい。かかる技術によれば、１つの情報記録領域に多値情報を記録することができるため、記録密度をさらに高めることができる。
【００１２】  本発明に用いられる記録媒体は、少なくとも基板と前記基板上に積層された薄膜とを有する情報記録用媒体であって、上述のいずれかに記載の高密度情報記録方法により情報の記録が可能な高密度情報記録媒体である。ここで、基板上に積層される薄膜は、単層であってもよいし、複数の薄膜が積層された物で構成されていてもよい。また、積層された複数の薄膜の中の一部に直接情報記録がなされない保護膜のようなものが含まれていてもよい。
【００１３】  さらに、上述の「薄膜の微小領域に膜表面に平行な方向の力または熱を加える記録方法」を用いて情報記録された薄膜と上述の電界または磁界を用いて情報記録された薄膜は同一であってもよく、また、それぞれ別々の膜であってもよい。後者の場合、それぞれの膜を積層することにより一つの高密度情報記録媒体を形成することが出来る。上記の様に異なる記録方法を用いて記録がなされた複数の膜を積層する場合、上述の方法を用いて記録された膜を積層媒体の最表面に配置することが、情報再生の検出感度においてより効果的である。
【００１４】  本発明に係る高密度情報再生方法は、鋭利な先端形状を有する部材を定常的又は間欠的に接触させ、該部材を該薄膜に対し相対的に膜表面に平行な方向に微小距離移動及び又は振動させた際に両者の間に生じる力を検出することにより、該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を読み出す工程を含むことを特徴とする。ただし、ここで、「該部材を薄膜に対し相対的に振動させる」場合の振動の方向は、必ずしも膜表面に平行な方向に限定されず、膜表面に平行な方向、垂直な方向、を含め３次元的ににあらゆる方向を含む。これにより該両者の間に働く相互作用力に変化を生じさせ、それを検出するものである。
【００１５】  また、本発明に係る高密度情報記録再生方法は、上述の高密度情報記録方法を情報記録の一工程（情報記録工程）として含み、かつ上述の高密度情報再生方法を情報再生の一工程（情報再生工程）として含むものである。
【００１６】  本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る高密度情報記録装置の一実施例を示す断面図。
【図２（ａ）】本実施例の高密度情報記録装置の動作を示す斜視図。
【図２（ｂ）】本実施例の高密度情報記録装置の他の動作を示す斜視図。
【図３】加熱手段を有する高密度情報記録装置の一実施例を示す断面図。
【図４】電界印加手段を有する高密度情報記録装置の一実施例を示す断面図。
【図５】電界印加手段を有する高密度情報記録装置における情報の記録の動作を示す斜視図。
【図６（ａ）】電界印加手段を有する高密度情報記録装置における情報の記録の動作を示す断面図。
【図６（ｂ）】電界印加手段を有する高密度情報記録装置における情報の記録の他の動作を示す断面図。
【図７（ａ）】電界印加手段を有する高密度情報記録装置における情報の再生の動作を示す断面図。
【図７（ｂ）】電界印加手段を有する高密度情報記録装置における情報の再生の他の動作を示す断面図。
【図７（ｃ）】電界印加手段を有する高密度情報記録装置における情報の再生の他の動作を示す断面図。
【図７（ｄ）】電界印加手段を有する高密度情報記録装置における情報の再生の他の動作を示す断面図。
【図８（ａ）】グラファイト基板上に形成されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４１のＡＦＭ像を示す図。
【図８（ｂ）】グラファイト基板上に形成されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４１を模式的に示す斜視図。
【図９（ａ）】ガラス基板上に形成されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４２のＡＦＭ像を示す図。
【図９（ｂ）】ガラス基板上に形成されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４２を模式的に示す斜視図。
【図１０（ａ）】Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４１を１４０〜１４５℃に加熱しつつその表面に平行に記録針を移動させて情報を記録した後のＡＦＭ像。
【図１０（ｂ）】Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４２を１４０〜１４５℃に加熱しつつその表面に平行に記録針を移動させて情報を記録した後のＡＦＭ像。
【図１１（ａ）】情報が記録されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜の記録直後のＡＦＭ像。
【図１１（ｂ）】情報が記録されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜の１４２℃に加熱後のＡＦＭ像。
【図１１（ｃ）】情報が記録されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜の１４８℃に加熱して情報を消去した後のＡＦＭ像。
【図１２（ａ）】力の印加と電界の印加により情報が重畳的に記録されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜のＡＦＭ像。
【図１２（ｂ）】力の印加と電界の印加により情報が重畳的に記録されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜の圧電力顕微鏡像。
【図１３（ａ）】ポリエチレン膜の表面に平行に記録針を移動させて力を印加する前の該表面のＡＦＭ像。
【図１３（ｂ）】ポリエチレン膜の表面に平行に記録針を移動させて力を印加して情報を記録した後の該表面のＡＦＭ像。
【図１４（ａ）】ポリブテン膜の表面に平行に記録針を移動させて力を印加する前の該表面のＡＦＭ像。
【図１４（ｂ）】ポリブテン膜の表面に平行に記録針を移動させて力を印加して情報を記録した後の該表面のＡＦＭ像。
【図１５（ａ）】Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を８０℃に加熱しつつその表面に平行に記録針を移動させて力を印加することにより微結晶の配向を制御して情報記録を行った後のＡＦＭ像。
【図１５（ｂ）】Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を８０℃に加熱しつつその表面に平行に記録針を移動させて力を印加することにより微結晶の配向を制御して情報記録を行った後の構造の模式図。
【図１６（ａ）】情報が記録されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜のＡＦＭ像。
【図１６（ｂ）】情報が記録されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜から得られた再生情報を画像化した図。
【図１７】分子の配向方向と摩擦によるカンチレバーの捩れ振幅の関係を示す図。
【００１８】〔符号の説明〕
１０…高密度情報記録媒体
１１…ステージ
１２…ステージ移動装置（ｘ，ｙ，ｚ方向に移動）
１２ａ…粗動装置
１２ｂ…微動装置
１３…記録再生針
１４…板バネ
１５…ドライバ
１６…検出部
１７…制御部
１８…ヒータ
１９…温度計
２１…微小領域
２２…振動機構（ｘ−ｙ平面内の振動を付与）
２３…振動機構（ｚ方向の振動を付与）
２４…外枠（２４ａ…上部、２４ｂ…下部）
３１…電界印加手段
４１…Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜（ｃ軸が膜面内に等方的に配向）
４２…Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜（ｃ軸が膜面に垂直に配向）
５１…記録針の移動を行った微小領域
５２…記録針の移動を行わなかった微小領域
５３…＋７Ｖの電圧により分極処理した領域
５４…−７Ｖの電圧により分極処理した領域
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  本発明の高密度情報記録においては、基板上に形成された有機又は無機薄膜の微小領域において、微粒子又は微結晶及び／又は分子の配向方向を変化させ、その方向により情報を記録する。例えば、２つの配向状態の間で変化させることにより、微小領域毎に″０″、″１″の情報を記録することができる。この薄膜には特許文献２に記載の薄膜と同じものを用いることができる。微粒子又は微結晶及び／又は分子鎖の配向方向は、ＡＦＭの探針に代表される鋭利な先端形状を有する部材（記録用部材）を薄膜表面に定常的又は間欠的に接触させた状態で、薄膜表面に平行な方向な力を加えることにより制御することができる。ここで、薄膜表面に平行な力を加える手段としては、その一例として、前述の様に、鋭利な先端形状を有する部材を膜面内で走査することによって実現できる。また、一方向の走査ではなく、膜面内方向に微小振動させることによっても上記の力を加えることができる。一方、膜面に平行な力を加える手段として必ずしも該部材を膜面上で移動または振動させる必要はない。例えば、外部駆動装置を用いて該部材に対して膜面に平行な力を加えた時に、該部材が弾性変形することによりその先端位置が静止している場合も起こり得る。この場合であっても該部材が膜を構成する微粒子又は微結晶または分子に対して膜面に平行な力を加えることは可能である。【００２０】  また、別の外部駆動装置を用いて該部材に対して膜面に平行方向に振動する超音波振動を伝播させるなどの手段によっても上記の力を加えることが可能である。この場合も、該部材の先端位置が移動する必要はない。さらに、膜面に平行な力として力学的以外の力、例えば、電磁気的な力を用いることも可能である。この場合も該部材の先端位置が移動する必要はない。ここで「接触」とは、両者の間に原子間力が働く程度の距離に近づけることをいう。【００２１】  微小領域の大きさは特に限定されないが、記録密度を高くするためにはできるだけ小さい方が望ましい。【００２２】  分子を配向制御する場合、領域の大きさは記録用部材の先端径の大きさに概ね依存するため、記録密度を高くするためには先端径が小さい記録用部材を用いることが望ましい。ただし、記録密度は記録用部材の先端径のみでは決まるものではなく、その先端の形状や膜（記録媒体）の材料にも依存する。例えば、先端径は大きくても、その形状を工夫することにより、膜面に平行方向の力を部材先端の極一部分に集中させて印加することも可能である。一方、膜（記録媒体）の材料によっては、分子の自己組織化により、先端径よりも広い領域が配向制御される場合もある。そのため、例えば先端径１０ｎｍの記録用部材を用いた場合においてもその先端形状や膜材料を的確に選択することにより、その微小記録領域の大きさを直径１０ｎｍよりも十分小さくすることが可能である。【００２３】  微粒子又は微結晶を配向制御する場合には、最小記録領域幅は微粒子又は微結晶の大きさで決められる。より小さい結晶からなる膜を用いることにより、更に高密度の記録が可能になる。【００２４】  一方、記録用部材の先端径が大きい場合、記録や消去の高速化、装置作製の容易さの点では利点がある。そのため、該記録用部材の先端径は目的に応じて適宜選択することができる。【００２５】  上記記録の際に、記録用部材と薄膜の接触圧や微小領域の膜温度を制御することによって上記の配向制御をより精密に行うことが可能になる。また、記録用部材の移動速度や振動させる場合にはその振幅や周波数を制御することにより配向制御をより精密に行うことが可能になる。また、記録用部材を構成する材料の弾性定数などの物理定数を制御することにより配向制御をより精密に行うことが可能になる。さらに、膜面に平行な力として、記録用部材を介して電磁気力を印加する場合には駆動する電磁気力の振幅および周波数、また、記録用部材を構成する材料の誘電定数、磁性定数などの物理定数を制御することにより配向制御をより精密に行うことが可能になる。また、膜面に平行な力として、記録用部材を介して超音波を印加する場合には、超音波の周波数、振幅および記録用部材を構成する材料の弾性定数、音速などの物理定数を制御することにより配向制御をより精密に行うことが可能になる。【００２６】  配向の違いは、例えば、微粒子又は微結晶や分子の向きが無秩序である状態と膜面内のある方向に配列した状態との違いにより形成することができる。また、微粒子又は微結晶や分子の向きが膜面内の第１の方向に配列した状態と、膜面内のそれとは異なる第２の方向（例えば第１の方向から９０°回転した方向）に配列した状態との違いとすることもできる。【００２７】  更に、微粒子又は微結晶や分子の向きが膜面内で異なる３種以上の方向（例えば第１の方向と、第１の方向から４５°回転した方向と、第１の方向から９０°回転した方向）に配列した３種以上の状態を区別して情報の記録を行うこともできる。これにより、１つの領域（情報記録領域）に３値以上の情報を記録することもできる。それゆえ、本技術によれば、情報の多値記録が可能となり、記録密度を更に高めることができる。【００２８】  上記では微粒子又は微結晶や分子の配向方向を膜面内に限って説明したが、膜面と垂直な方向まで含めると、垂直方向およびそれと３０°、６０°など任意の角度を有する方向への配向を考えることができ、膜を構成する材料によっては３次元的な配向制御も可能である。実際、ポリエチレンなど多くのポリマー材料では、融点以上の温度に加熱することでその分子鎖を基板に垂直に配向させることができる。従って、一例として、融点以上の温度に加熱した記録用部材を膜表面に定常的又は間欠的に接触させることで微小領域の分子鎖を基板に垂直に配向させることができる。この場合には記録時に膜面に平行な力を加えない。尚、情報記録は１つの記録用部材を用いて行ってもよく、複数の記録用部材を用いて行ってもよい。複数の記録用部材を用いた場合、より高速な記録が可能となる。【００２９】  記録された情報の再生は、記録用部材と同様の鋭利な先端形状を有する部材（再生用部材）を用いて行うことができる。記録用と再生用に同じ部材を用いることもでき、異なる部材を用いることも出来る。また、複数の部材を用いて同時に機能させて再生を行ってもよい。再生方法の一例を以下に示す。まず、膜面内で微粒子又は微結晶又は分子の配向の異方性が出るように情報が記録されている場合の再生方法について説���する。【００３０】  再生用部材を膜表面に定常的または間欠的に接触させた状態で膜面内の一方向に微小距離移動させるか、または膜面内またはそれ以外の方向に微小振動させることにより、再生用部材は分子又は微粒子又は微結晶からその振動方向に対する相互作用力を受ける。そのため、再生用部材は、微小距離移動の場合は捩れの誘起、また、振動を印加する場合には振動振幅の減衰、位相の遅れ等の影響を受ける。これらの物理量を検出することにより、これらの力の方向に対する相互作用力の大きさの分布を測定できる。本発明は、これらの相互作用力の大きさにより微粒子又は微結晶又は分子の配向方法を読み出すものである。【００３１】  これらの物理量は、例えば、再生用部材の一部に光を照射してその反射光から再生用部材の振動の状態をモニタする光テコ法や、再生用部材の一部に圧電性素子を付加してその出力から再生用部材の振動の状態をモニタする圧電法などで測定することができる。【００３２】  記録媒体の面内で、情報を読み出したい微小領域に再生用部材を移動し、次に上記の方法を用いてこの微小領域の情報を読み出すことができる。また、記録媒体全面を走査しながら同じく上記の方法を用いて全領域に記録されている情報を順次読み出すこともできる。【００３３】  上記の例では、再生用部材を面内の一方向に振動させてその応答のみから再生を行うが、面内の異なる複数の方向に振動させて得られる情報を組み合わせて再生を行うことにより、再生の精度を高めることができる。その場合、複数の再生用部材を用いて並列に検出することができる。また、一つの再生用部材を用いて時間的に縦列的に再生を行うこともできる。上記の例では記録媒体を固定して再生用部材を振動させるとしたが、逆に記録媒体を振動させてもよい。【００３４】  次に、微粒子又は微結晶又は分子が膜面に垂直方向に配向するか平行方向に配向するかの違いで情報記録がなされている場合の再生方法について説明する。この場合には、例えば、記録媒体を固定するステージに振動素子を設けるなどの方法により、膜面に垂直な方向の振動を膜の背面から加える。その振動は膜内部を伝播した後、膜表面に現れるが、膜内部を伝播する際にその膜の特性に応じた変化を受ける。そこで膜表面において再生用部材により、伝播されてくる振動の振幅と位相を測定する。一般に、機械振動はポリマーの分子鎖方向には減衰が少なく伝播速度も速いことが知られている。従って、再生用部材が検出する振動の振幅と位相を原振動のそれらと比較することにより、垂直配向と水平配向の違いを検出することができる。一方、再生用部材を膜表面に間欠的に接触させた状態で膜表面に垂直方向に振動させ、その位相変化を測定することによっても垂直配向と水平配向の違いを検出することが出来る。【００３５】  微粒子又は微結晶や分子の配向の違いに重畳して分極の差異による情報記録がなされている場合には、例えば、従来より知られている圧電応答走査型力顕微鏡（Ｐｉｅｚｏｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて情報を読み出すことができる（圧電応答走査型力顕微鏡については、例えば、Ｓｕｒｆａｃｅ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３０２，ｐ．Ｌ２８４を参照）。また、微粒子又は微結晶や分子の配向の違いに重畳して磁化の差異による情報記録がなされている場合には、例えば、先端部に磁気抵抗センサを備えた再生用部材を用い、走査型磁気抵抗顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて情報を読み出すことができる（走査型磁気抵抗顕微鏡については、例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８０，Ｎｏ．１５，ｐｐ．２７１３−２７１５（２００２）を参照）。【００３６】  先端径１０ｎｍのＡＦＭ用探針は広く市販されている。このＡＦＭ用探針を記録用部材として用いた場合には、前述のように、微小記録領域の大きさを１０ｎｍ  ｘ１０ｎｍ以下にすることが可能である。すなわち、本発明に係る高密度情報記録媒体は、既存の記録用部材を用いて１ｂｉｔの情報を１０ｎｍ×１０ｎｍ以下の領域に記録することができ、この場合、その記録密度は１Ｔｂｉｔ／ｃｍ２以上となる。更に先端径の小さい記録針を作製することや、先端形状を最適化することにより記録密度を更に高くすることができる。また、前述のように、１つの微小記録領域の微粒子又は微結晶及び／又は分子の配向方向を膜面内において複数の方向に選択的に配向できる。更に、記録媒体の材料を選択することにより膜面に垂直な方向にも配向を行うことができるようになり、配向方向を三次元的に選択することが可能となる。これにより、記録密度は更に向上する。仮に、ｎ個の配向方向を選択可能とするとその記録密度はｌｏｇ２ｎ  Ｔｂｉｔ／ｃｍ２となる。以上に加えて、記録媒体として前述のように強誘電体又は強磁性体を選択し、分極の差異又は磁化の差異による情報を重畳して記録することにより記録密度は更に増加する。【００３７】  記録媒体の少なくとも情報記録領域の全体又は一部に対して加熱、電界印加、磁界印加などを行うことにより、記録用部材を用いることなく、記録された情報を一括に消去（メモリー媒体の初期化）することが可能になる。例えばポリエチレンやＰ−（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）などのポリマーの場合、融点以上に加熱することで分子の配向方向を一定の方向に制御できたり、また、分子配向の変化の規則性を解除し、記録された情報を一括消去することが出来る。加熱方法としては、例えば記録媒体を保持するステージ上に設けられた加熱素子により行うこと等が挙げられる。また、電界印加又は磁界印加により記録された情報は少なくとも記録領域に一定方向の電界又は磁界を印加することにより単一情報を上書きし、情報を一括消去することが出来る。一方、記載された情報を消去は、記録媒体の情報記録領域全体に対して、鋭利な先端形状を有する部材を用いて上述の少なくともいずれか１に記載の情報記録方法を用いて単一の情報を上書き記録することによっても行うことが出来る。上記の何れの消去方法に於いても、印加する力、熱、電界、磁界などの手段はそれぞれ単独、または時系列的に順次行ってもよく、また、任意の組み合わせで複数の手段を同時に行ってもよい。さらに情報の消去は、１つの部材を用いて行ってもよく、複数の部材を用いて行ってもよい。複数の部材を用いた場合、より高速な消去が可能となる。【００３���】  本発明の薄膜材料には、有機の低分子材料、オリゴマー材料、高分子材料などを用いることができる。有機の低分子材料の中では液晶性材料のようにその分子形状に異方性を有する材料が有用である。また、自己組織化の能力を有する低分子材料も有用である。更に、有機材料に限らず、無機の結晶性材料、金属、セラミック等も使用することができる。特に、無機の強誘電性微結晶や微粒子、常磁性又は強磁性を有する金属又はセラミックの微結晶や微粒子からなる薄膜は本発明に用いる記録媒体として有用である。強誘電性微結晶や微粒子を構成する材料としては、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、リン酸水素カリウム、ロッシェル塩、硫酸グリシン、硝酸ナトリウム、チオ尿素等の無機材料を用いることができる。また、強磁性を有する金属又はセラミックの微結晶や微粒子を構成する材料としては、例えば、ニッケル、鉄、コバルトなどの金属が有用である。更に、磁性を有する有機金属錯体も有用である。【００３９】  有機高分子材料としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリオレフェン樹脂である４−メチルペンテン−１樹脂やポリブテン−１樹脂、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタラートやポリブチレンテレフタラートに代表されるポリエステル樹脂、ポリ四フッ化エチレン，ポリ三フッ化エチレン（ＰＴｒＦＥ），ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ），ポリフッ化ビニリデンとポリ三フッ化エチレンの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））に代表されるフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラニン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂やアラミド樹脂として知られる全芳香性ポリアミド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリ−ｐ−フェニレン、ポリ−ｐ−キシレン、ポリ−ｐ−フェニレンビニレン、ポリキノリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアリレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリフェニレンジアミン、ポリアミノフェノール、ポリビニルカルバゾール、高分子ビオローゲン、ポリイオンコンプレックス、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ等が挙げられる。また、これらの高分子の構成要素である有機低分子や有機オリゴマーから成る材料を用いてもよい。高分子液晶、オリゴマー液晶等材料も有用である。【００４０】  また、本発明の基板としては、従来公知の基板材料からなるものを用いることができ、特に限定されるものではないが、特に、薄膜を形成する基板表面が対称性を有する結晶構造からなる基板であることが好ましい。かかる表面を有する基板は、具体的には、例えば、一例として、グラファイト，マイカ，サファイヤ，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＫＢｒ，ＳｉＣ，ＢＮ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＧａＡｓ等を挙げることができる。上述のような基板であれば、基板表面に形成した薄膜の分子や結晶等がエピタキシャル成長しやすいため、その配向性を精度よく制御することができ���。それゆえ、情報を記録する際等に書き込みエラーが発生し難いという利点がある。なお、上記基板上に成長させる薄膜結晶は、原料物質の材料、形態、条件等に応じて、気相エピタキシー、液相エピタキシー、分子線エピタキシーなど従来公知の手法を好適に利用し形成することができる。【００４１】  記録媒体として用いる材料によっては、上記記録の際に薄膜の温度を上げることにより、記録用部材を用いた微粒子又は微結晶又は分子の配向が容易となり、より高精度の配向制御が可能になる場合がある。特に、微結晶の配向制御性を向上させるためには、その薄膜材料のガラス転移温度以上に加熱することが有効な場合がある。また、分子の配向制御性を向上させるためには、その薄膜材料の融点近くの温度に加熱することが有効な場合もある。これらの条件は記録媒体として用いる材料の特性により異なるため、個々に最適な条件を選択することが重要である。【００４２】  薄膜を構成する材料として、強誘電性を有するポリマー材料を用いることは特に有用である。この場合、上記方法で微小領域に情報の記録を行う際に同時に、もしくは配向制御による記録とは別の時点で電界を印加して、その電界の有無、方向等を制御すれば、その微小領域の分極の有無、又は方向を制御することができる。これにより、配向制御による情報の記録に重畳して、それとは独立に分極による情報の記録を行うことができ、更に高密度に情報を記録することができる。この場合、分極情報を記録するための記録用部材として配向制御に用いたのと同じ記録用部材を用いてもよいし、それとは別の記録用部材を用いてもよい。【００４３】  同じ薄膜に対して、分子や未結晶の配向制御による記録と、分極や磁化の状態制御による記録は互いに独立してなされても良い。それゆえ、薄膜の内部構造により情報が記録される微小領域と、分極や磁化により情報が記録される微小領域は同じものである必要はない。例えば、内部構造により情報が記録される微小領域よりも分極により情報が記録される微小領域の方が大きくてもよい。【００４４】  強誘電性のポリマー材料として例えばフッ化ビニリデンポリマー（ＰＶＤＦ）やオリゴマー、フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンのランダム共重合体に代表されるフッ化ビニリデン共重合体、ナイロン７，ナイロン９，ナイロン１１，ナイロン１３等の奇数ナイロン、シアン化ビニリデンと酢酸ビニルの交互重合体を用いることができる。【００４５】  また、本発明には、上述の高密度情報記録方法を情報記録の一工程（情報記録工程）として含み、かつ上述の高密度情報再生方法を情報再生の一工程（情報再生工程）として含む高密度情報記録再生方法も含まれる。ここで、本高密度情報記録再生方法では、情報記録工程と情報再生工程とが、それぞれ異なる場所と時間で行われる場合も含まれる。例えば、情報記録工程が所定の場所と時間で行われ、その後、前記所定の場所とは異なる場所にて、時間的に隔たりをもって情報再生工程が行われてもよい。さらに、情報記録工程と情報再生工程とがそれぞれ別の主体によって行われる場合も本発明に含まれ得る。【００４６】  ここまでに述べた高密度情報記録方法、再生方法および消去方法を用いる書き換え可能なランダムアクセス���モリは、次のような装置により実施することができる。すなわち、本発明に係る高密度メモリ装置は、基板上に形成された薄膜を含む情報記録媒体に情報を高密度で記録し、更に再生するための情報記録再生装置であって、鋭利な先端形状を有する部材と、メモリの各アドレス位置に前記部材を移動させるために必要な記録媒体と前記部材を相対的に移動させる移動機構、さらには、記録媒体と前記部材のｘ、ｙ、ｚ方向の相対的位置を微細に変化させる微動機構、前記部材の温度を制御する機構とを備える。ここで、部材は記録用と再生用を兼ねて１個のみ設けてもよいし、記録用のものと再生用のものを別個に設けてもよい。【００４７】  この装置では、前述の様に、情報記録媒体の微小領域の位置に前記記録用部材を移動させ、その位置において該部材を膜表面に定常的または間欠的に接触させた状態で、該部材に対して膜面内の所定方向の力を印加するかもしくは膜面内の所定方向に振動する力を印加する。これにより膜を構成する微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録する。また、前述の様に、微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させるための力として超音波振動または電磁気力を用いる場合には、前記記録用部材にこれらの力を印加する外部駆動装置を儲けて行う。また、当該装置は記録用部材を用いて微小領域の温度のみを制御してその結晶または分子の配向方向を制御することも出来る。【００４８】  情報の再生は、情報記録媒体の微小領域に前記再生用部材を定常的または間欠的に接触させた後、該部材およびまたは記録媒体を膜表面に平行な方向に微小距離移動させるか、または該両者の一方または両方を振動させることにより、該両者の間に生じる力を検出して、該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を読み出す。【００４９】  薄膜の微粒子又は微結晶又は分子の配向制御による情報の記録と分極による情報の記録を重畳して行う場合には、上記高密度情報記録装置に更に、薄膜に電界を印加する電界印加手段を設ける。【００５０】  同様に、膜の配向制御による情報の記録と磁化による情報の記録を重畳して行う場合には、更に、薄膜に磁界を印加する磁界印加手段を設ける。
（発明の効果）
本発明に係る高密度情報記録方法、再生方法、消去方法を用いることで、１Ｔｂｉｔ／ｃｍ２を超える大容量の書き換え可能なランダムアクセスメモリを実現することが出来る。【００５１】  また、強誘電性又は強磁性を有する膜を用いることにより、力学的な力による情報の記録と強誘電性又は強磁性を用いた情報の記録を重畳して独立に行うことができるため、情報記録密度を更に高くすることができる。さらに、本発明が実現する大容量メモリは書き替え可能なメモリであってもよく、また、ランダムアクセス型メモリであってもよい。
【実施例】  ここではまず、（１）本発明に係る高密度メモリ装置の実施例について説明し、この装置の動作を説明することにより本発明に係る高密度情報記録方法を説明する。次に、（２）本発明に係る情報記録方法、消去方法および高密度メモリ（記録媒体）の実施例について実験結果を基に説明する。更に、（３）本発明に係る情報再生の方法の実施例として、これらの情報記録媒体を用いて情報記録および再生を行った各種実施結果を示す。【００５２】（１）本発明に係る高密度メモリ装置の実施例
（１−１）基本的な構成を有する高密度メモリ装置及びその動作
（１−１−１）高密度メモリ装置の構成
図１に、本発明に係る高密度メモリ装置の一実施例の断面図を示す。この高密度メモリ装置は、本発明に係る高密度情報記録媒体１０を載置するステージ１１と、ステージ１１をｘ，ｙ，ｚ軸方向に移動させるステージ移動装置１２と、鋭利な先端形状を有する記録および記録再生針１３を有するＳｉ製の板バネ１４とを備える。ここで、ｘ軸及びｙ軸方向は高密度情報記録媒体１０の表面に平行な方向、ｚ軸方向は高密度情報記録媒体１０に垂直な方向である。ステージ移動装置１２は粗動装置１２ａ及び微動装置１２ｂの２段階の移動装置で構成される。ステージ移動装置１２は、ドライバ１５により駆動される。ここで、微動装置１２ｂは必要に応じて、ｘ軸方向およびｙ軸方向およびｚ軸方向に必要な周波数で振動させることができる。この装置は更に、上記の各部を固定する円筒状の外枠２４を備える。この外枠２４は上部２４ａと下部２４ｂに分割され、板バネ１４及び後述の検出部１６は上部２４ａに、ステージ１１及びステージ移動装置１２は下部２４ｂに、それぞれ固定される。外枠２４は、上部２４ａが下部２４ｂに対してｘ−ｙ平面内で３６０度回動可能な機構を備える。この機構により、板バネ１４は記録再生針１３を中心としてｘ−ｙ平面内で任意の方向に回動することが可能である。【００５３】  この高密度メモリ装置は更に、板バネ１４に働く力を検出するための検出部１６を備える。ステージ移動装置１２のドライバ１５と検出部１６は制御部１７により制御される。ドライバ１５は、ステージ１１と記録再生針１３の相対的な位置を変化させると共に、両者のｚ軸方向の距離を調整することにより両者の接触圧を変化させる。この接触圧は高密度情報記録媒体１０の材料に応じて設定することができる。【００５４】  情報再生のための機構として、板バネ１４の根元には記録再生針１３をｘ−ｙ平面内で振動させる機構２２およびｚ方向に振動させる機構２３が設けられている。【００５５】  これらの各部装置には、通常のＡＦＭ装置が備えているものをそのまま用いることもできる。微動装置１２ｂには、例えばピエゾ素子を用いることができる。検出部１６には、例えば光テコ法あるいはレーザ干渉法などの光学的方法で板バネ１４の変位を検出する検出器を用いることができる。また、記録再生用部材付板バネとして、ＡＦＭやＳＴＭで使用されているカンチレバーを用いることができる。この場合、圧電型又はピエゾ抵抗型などの自己検出方式のカンチレバーを用いることにより、前述の光テコ法あるいはレーザ干渉法などの検出系が不要になる。【００５６】  （１−１−２）高密度メモリ装置の動作（記録時）
まず、情報を記録する動作について述べる。高密度情報記録媒体１０を構成する膜は多数の微小領域に仮想的に区切られている。これら多数の微小領域の１つ（ここでは図中の微小領域２１とする）に情報を記録する際には、ステージ移動装置１２により、記録再生針１３が微小領域２１の直上に配置されるようにステージ１１をｘ軸方向及びｙ軸方向に移動させる（図２（ａ））。そして、ステージ１１をｚ軸方向に移動させ、高密度情報記録媒体１０と記録再生針１３を、両者を定常的または間欠的に接触させる。そして、一例として、ステージ１１を所定の方向に微小距離だけ移動させることにより、その移動方向とは反対の方向（微小領域２１を固定して記録再生針１３を移動又は振動させた場合には、その移動方向）の力を高密度情報記録媒体１０に加える（図２（ｂ））。これにより、微小領域２１内の膜を構成する微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、それにより″０″、″１″等の情報を記録することができる。【００５７】  （１−１−３）高密度メモリ装置の動作（再生時）
微小領域２１に記載された情報は、以下に示す方法を用いて再生することができる。記録時と同様の機構を用いて、記録再生針１３を微小領域２１の直上に配置する。次に、ステージ１２をｚ軸方向に移動させ、高密度情報記録媒体１０と記録再生針１３を接触させる。次いで、例えば、振動機構２２を用いて、記録再生針１３を記録媒体表面に平行な特定の方向に振動させる。この時に記録再生針１３が記録媒体表面から受ける力の大きさを板バネ１４の捩れの大きさとして検出部１６を用いて検出する。上記の例では、振動機構２２を用いて記録再生針１３を振動させたが、微動装置１２ｂを用いて記録媒体を振動させた状態で板バネ１４の捩れの振幅および位相として検出してもよい。上記に於いて「特定」と記した振動方向は任意の方向に設定することができる。また、一つの微小領域に対して異なる方向に振動させたデータを用いて、より精度の高い情報再生を行うことが可能になる。【００５８】  更に、微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を検出する他の手法として以下の方法も有効である。振動機構２３を用いて記録再生針１３をｚ軸方向に振動させながらステージ１１を用いて記録媒体表面に近づけ、記録再生針１３が間欠的に記録媒体表面に接触するように位置決めする。この状態において、振動機構２２または微動装置１２ｂを用いて記録再生針１３を記録媒体表面に平行な特定方向に捩れ振動させ、記録再生針１３が記録媒体表面から受ける力の大きさを板バネ１４の捩れの大きさおよび位相の信号として検出部１６を用いて検出することもできる。【００５９】  更に、微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を検出する他の手法として以下の方法も有効である。ステージ１１をｚ軸方向に移動させ、高密度情報記録媒体１０と記録再生針１３を接触させる。次いで記録再生針１３を板バネ１４の長軸に垂直方向に微小距離移動させることにより板バネが捩れ方向の力を受ける。この捩れ信号の振幅の情報を検出部１６で検出することにより情報の再生を行うことができる。【００６０】  微粒子又は微結晶又は分子の配向方向が膜面に垂直であるか水平であるかの違いにより情報記録がなされている場合には、以下に示す方法を用いて配向情報を再生できる。まず、前記の例と同様の機構を用いて記録再生針１３を微小領域２１の直上に配置する。次に、ステージ１１をｚ軸方向に移動させ、高密度情報記録媒体１０と記録再生針１３を接触させる。この状態に於いて、ステージ１２を用いて記録媒体をｚ軸方向に振動させる。記録媒体内を伝播した後、記録再生針１３に伝わった振動の振幅および位相情報を検出部１６を用いて検出する。これにより、微粒子又は微結晶又は分子の配向方向が膜面に垂直であるか水平であるかを再生することができる。【００６１】  また、振動機構２３を用いて記録再生針１３をｚ軸方向に振動させながらステージ移動装置１２を用いて記録媒体表面に近づけ、記録再生針１３が間欠的に記録媒体の表面に接触するように位置決めし、この状態における板バネ１４の振動の位相情報を検出部１６を用いて読み取ることにより、微粒子又は微結晶又は分子の配向方向が膜面に垂直であるか水平であるかを再生することもできる。【００６２】  微小領域２１に記載された��報を消去するには、記録した微小領域のすべてを記録再生針１３で同じ方向に移動させることにより、全領域を同じ状態にすればよい。また、薄膜全体を所定温度以上に加熱することにより、全領域において記録時の状態を変化させてもよい。【００６３】  なお、上記実施例では記録時・再生時共に同じ部材（記録再生針１３）を用いたが、記録用の針と再生用の針を別途用意して使い分けてもよい。【００６４】（１−２）加熱手段を有する高密度情報記録および再生装置
前記のように情報記録時に高密度情報記録媒体１０を加熱する場合には、図３に示すように、図１の高密度情報記録装置に更に、板バネ１４を介して記録再生針１３を加熱するための加熱手段（ヒータ）１８と、記録再生針１３の温度を測定する温度計１９を設ける。制御部１７は温度計１９の測定結果をフィードバックしつつ、記録再生針１３が記録及び／又は消去に適した温度になるようにヒータ１８の出力を制御する。その他の構成及び動作は、図１の高密度情報記録装置と同様である。【００６５】  加熱手段には、本実施例のヒータ１８の代わりに、記録領域にレーザ光を照射するレーザ光源を用いてもよい。また、ヒータ１８やレーザ光源のように記録領域を局所的に加熱する加熱手段の代わりに、高密度情報記録媒体１０の全体を加熱するものを用いてもよい。この場合には、加熱温度を、記録再生針１３により力を加えられた部分のみがその力により容易に配向方向を制御でき、それ以外の部分はその温度のみによっては配向が変化しないような値に設定しておく。【００６６】（１−３）電界印加手段を有する高密度情報記録および再生装置
高密度情報記録媒体１０の膜を構成する微粒子又は微結晶及び／又は分子の制御に加えて、強誘電体の膜から成る高密度情報記録媒体１０を用いて情報の記録を電界の印加により行う場合には、図４に示すように、図１の高密度情報記録装置に更に電界印加手段３１を設ける。電界印加手段３１は記録再生針１３−ステージ１１間に、情報の記録時にはその値に応じた正又は負の直流電圧を、再生時には交流電圧を印加するものである。【００６７】  この高密度情報記録装置の動作を説明する。上記と同様に、ステージ移動装置１２により記録再生針１３を微小領域２１に接触させる。そして、電界印加手段３１と導電性を有する記録再生針１３を用いて、例えば、記録再生針１３−ステージ１１間に正又は負の直流電圧を印加しながら、ステージ１１を所定の方向に移動する（図５）ことにより、ステージ１１の移動方向とは逆の方向（微小領域２１を固定して記録再生針１３を移動する場合には、その移動方向）の力学的な力と、直流電界による力を高密度情報記録媒体１０に加える。これにより、微小領域２１の内部は、記録再生針１３の移動方向に応じて微粒子又は微結晶または分子が変化するとともに、印加した直流電界によって誘起される分極が生成され、それぞれに起因する情報が独立に記録される。【００６８】  また、この高密度情報記録装置では、高密度情報記録媒体１０に力学的な力を印加することなく（すなわち、記録の時点では本発明を利用することなく）、単に電界を印加することにより情報を記録することもできる。この場合、記録再生針１３を高密度情報記録媒体１０の領域（記録領域）に接触又は近接させた後、ステージ１１を移動することなく、ステージ１１と記録再生針１３との間に正又は負の直流電圧を印加する。正の直流電圧を印加した場合には記録領域内に下向きの分極Ｐ１が（図６（ａ））、負の直流電圧を印加した場合には上向きの分極Ｐ２が（図６（ｂ））、それぞれ形成され、２値情報が分極の向きにより記録される。また、これとは独立に、（１−１）又は（１−２）で述べた方法で力学的な力を印加して、薄膜を構成する微粒子又は微結晶及び／又は分子を制御することにより情報を記録することもできる。すなわち、本発明に係る高密度情報記録装置では、本発明に係る力学的な力による情報の記録と、従来からの方法による電界を用いた情報の記録を同じ高密度情報記録媒体１０に対して独立に行うことができる。【００６９】  情報の再生は、分極の方向を検出することにより行うことができる。図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すように、導電性を有する記録再生針１３を高密度情報記録媒体１０の記録領域に定常的または間欠的に接触させ、記録再生針１３−ステージ１１間に交流電圧を印加する。分極された領域では、交流電圧を印加することにより、膜厚方向の圧電性に起因して膜厚が伸縮振動する。この振動は導電性を有する記録再生針１３のｚ方向の振動として検出することができる。この圧電振動の周波数は印加電圧の周波数と同じである。この両者の位相を測定することで膜の分極方向を検出することが出来る。【００７０】  情報の消去は、記録再生針１３を用いた、上記の記録方法により、情報記録領域全体を同一の方向に分極することによって行���ことが出来る。また、記録再生針１３を用いることなく、記録媒体の少なくとも情報記録領域全体に対して同一方向の電界を印加することによっても消去することが出来る。後者の具体的な方法としては、２枚の平行平板電極の間に記録媒体を配置し、電極間に一定値以上の電圧を印加することにより実現できる。
（２）本発明に係る情報記録方法、消去方法および高密度メモリ（記録媒体）の実施例
次に、本発明に係る高密度メモリとして使用可能な膜の実施例として、ポリフッ化ビニリデンとポリ三フッ化エチレンの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））膜、ポリエチレン膜及びポリブテン膜について説明する。【００７１】（２−１）分子配向制御による情報記録（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を記録媒体とする）
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）をメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解させた溶液をグラファイト基板上にスピンコートした後、１４０℃で加熱処理した。これにより、図８（ａ）ＡＦＭ像及び図８（ｂ）斜視図に示すように、ｃ軸（分子鎖軸）が膜面内に等方的に配列したラメラ型の微結晶からなる膜厚約１００ｎｍのＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４１が得られた。グラファイト基板の代わりにガラス基板、更にはアルミニウム、金、白金などの金属基板を用いても、１４０℃で結晶化させる限りに於いては図８（ａ），図８（ｂ）に示すものと同様の微結晶を有する膜厚約１５０ｎｍの薄膜が得られた。一方、ガラス基板、および金属基板上に形成した膜を融点（１４７℃）よりも十分高い温度（１６０℃）に加熱すると、図９（ａ）ＡＦＭ像及び図９（ｂ）斜視図に示すように、ラメラ型微結晶のｃ軸が膜面に垂直に配列した膜厚約１５０ｎｍのＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４２が得られた。【００７２】  図８（ａ），図８（ｂ）および図９（ａ），図９（ｂ）に示すＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を融点（１４７℃）よりもわずかに低い１４０〜１４５℃になるように膜を加熱しつつ、記録針を膜の表面に２ｎＮ〜３０ｎＮの針厚で接触した。この状態で膜面に平行に４マイクロメーター／秒の速度で移動させて水平方向の力を印加して分子を配向制御し、情報を記録した。情報記録後の膜表面のＡＦＭ像（温度３０℃で撮影）を図１０（ａ），図１０（ｂ）に示す。ここで、記録針の移動は図中の微小領域５１内において行った。また、記録時に加えた力の方向を図中に矢印で示した。図１０（ａ）Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４１及び図１０（ｂ）Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜４２のいずれも、微小領域５１内の微結晶はｃ軸（分子鎖軸）が記録針の移動方向に配列している。一方、記録針の移動を行わなかった領域５２では微結晶は配列しなかった。このように、記録針の移動により微小領域毎に微結晶の配列を制御することができ、これにより微小領域毎に情報を記録することができた。【００７３】（２−２）記録情報の消去（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を記録媒体とする）
グラファイト基板上に実施例（２−１）と同様の方法で製膜し、その後、１４２℃に加熱した状態で実施例（２−１）と同様の方法を用いて分子配向を行い、情報を記録した。図１１（ａ）に、情報記録後、３０℃で観察した膜表面のＡＦＭ像を示す。点線で囲まれた部分が、記録針を用いて矢印方向に力を加えて分子の配向を制御し、情報記録を行った領域５１である。この試料を１４２℃で１時間加熱処理した後、再び３０℃でＡＦＭ観察した結果を図１１（ｂ）に示す。記録直後の分子配向状態（図１１（ａ））と変化が無いことが分かる。更に、この試料を融点以上の１４８℃で１時間加熱処理した後、再び３０℃でＡＦＭ観察した結果を図１１（ｃ）に示す。配向制御されていた分子の方向が乱れ、微結晶がばらばらの方向を向いていることがわかる。以上のように、微結晶を配列させた領域を、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜の融点である１４７℃以上に温度を上げた後に冷却することにより微結晶が配列していない元の状態に戻すことができた。即ちグラファイト基板上のＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜は、この加熱により、ｃ軸が膜面に平行で面内にはばらばらの方向を向き、微小領域に書き込んだ情報を消去することができた。ガラス基板上のＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜は、前述のように、記録針の移動により微結晶はｃ軸が記録針の移動方向（膜面に平行な方向）に配列して情報が記録され、融点（１４７℃）よりも十分高い温度（１６０℃）に加熱することにより、ｃ軸が膜面に垂直に配列して情報が消去された。また、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜全体を融点以上の温度にすることにより、記録された全ての情報を１度に消去することができた。【００７４】（２−３）配向情報に分極情報を重畳した情報記録（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を記録媒体とする）Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜は強誘電性を有することが知られている。まず、実施例（２−１）の方法を用いてグラファイト基板上に膜厚７５ｎｍのＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）薄膜を製膜し、１４２℃に加熱した状態で上記実施例の方法を用いて分子の配向を制御することにより情報記録を行った。次に、３０℃において、金属コートされ導電性を有する記録針を膜表面に接触させ、＋７Ｖの電圧を印加しながらこの分子配向制御された領域内の、大きさ７００ｎｍ  ｘ  ７００ｎｍの領域５３を走査し、分極処理を行った。更に、記録針に−７Ｖの電圧を印加しながら上記の分極処理された領域内の大きさ３００ｎｍ  ｘ  ３００ｎｍの領域５４を走査し、上記分極とは逆方向に分極処理を行った。上記の一連の操作により、分子配向による情報記録に重畳して分極による情報記録を行ったことになる。以上の処理を行った後の、３０℃における重畳記録された領域のＡＦＭ像を図１２（ａ）に示す。太い矢印が配向処理時に記録針を用いて力を加えた方向である。また、分極処理を施された領域を点線で示した。この図から、分子がきれいに配向制御されていることが分かる。更に、上記領域５３及び５４の分極情報を圧電力顕微鏡の手法を用いて測定した結果を図１２（ｂ）に示す。＋方向および−方向にきれいに分極処理されていることがわかる。更に、上記操作では、既に＋方向の分極情報が記録された領域５４に−方向の分極を形成していることから、情���の書き換えが可能であることが分かる。このように、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を図４に示す高密度情報記録装置の高密度情報記録媒体１０に用いることにより、膜の微結晶又は分子の配向制御による情報の記録と、電界を用いた分極制御による情報の記録を重畳して独立に行うことができた。これにより記録密度をより高めることができた。【００７５】（２−４）ポリエチレン膜を記録媒体に用いた例
ポリエチレンをキシレンに溶解させた溶液をグラファイト基板上にスピンコートした後、１６５℃で加熱処理した。これにより、ｃ軸（分子鎖軸）が膜面に垂直に配列した膜厚２００ｎｍのポリエチレン膜が得られた（図１３（ａ））。このポリエチレン膜をその融点である１３１℃よりもわずかに低い１２５℃に加熱しつつ記録針を３０ｎＮの針厚で膜面に接触させた。次に、１０μｍ／秒の速度で膜の表面に平行に移動させ、膜面に水平方向の力を印加した。この処理を行った後の膜のＡＦＭ像を図１３（ｂ）に示す。ここで、記録針を用いて力を加えた方向を矢印で示す。記録針の移動後の膜内の微結晶はｃ軸がこの移動方向に向いて配列している。以上の結果から、ポリエチレン膜はＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜と同様に、分子配向制御により情報の記録を行えることが分かる。【００７６】（２−５）ポリブテン膜を記録媒体に用いた例
ポリブテンをキシレンに溶解させた溶液をグラファイト基板上にスピンコートした後、１３０℃で加熱処理した。これにより、ｃ軸（分子鎖軸）が膜面に平行に配列したポリブテン結晶が得られた。これらの結晶は膜面内にランダムに配向している（図１４（ａ））。このポリブテン膜をその融点である１１５℃よりもわずかに低い１１２℃に加熱しつつ記録針を膜の表面に２ｎＮの針厚で接触させ、２０ナノメートル／秒の速度で膜面に平行に移動させ、膜面に水平方向の力を印加した。この処理を行った後の膜のＡＦＭ像を図１４（ｂ）に示す。ここで、記録針を用いて力を加えた方向を矢印で示す。記録針を用いて加えた力により、膜内の微結晶はｃ軸がこの移動方向に向くように配列している。このことを用いて、ポリブテン膜はＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜やポリエチレン膜と同様に情報の記録を行うことができることが分かる。【００７７】（２−６）結晶配向制御による情報記録（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を記録媒体とする）
実施例（２−１）と同様の方法で製膜し、膜厚２５ｎｍのＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）薄膜を得た。この膜を８０℃に加熱した状態で実施例（２−１）と同様の方法で記録針を膜表面に接触させ、移動させることにより膜面に水平な力を印加して情報記録を行った。その結果を図１５（ａ）に、３０℃で観察したＡＦＭ像で示す。記録針を用いて印加した力の方向を矢印に示す。ここで、図の下半分が情報記録された領域である。この図から、実施例（２−１）のように分子鎖軸の方向に配向しているのではなく、図１５（ｂ）に示すように微結晶が回転して微結晶の長軸が針の移動方向にきれいに配向していることが分かる。以上のように、温度、材料、記録針が印加する力の大きさなどの条件を適切に選択することにより、本発明の方法を用いて、分子だけではなく微結晶の配向方向を制御して情報記録を行うことが可能である。【００７８】（３）本発明に係る情報再生の方法の実施例
（３−１）情報再生の実施例１
実施例（２−１）と同様の方法を用いてグラファイト基板上にＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を作製した後に分子を配向制御した情報記録媒体（図１６（ａ））について、記録された情報を再生する例を示す。ここで、図１６（ａ）の下半分が上記の配向制御、即ち情報が記録された領域である。上記の領域に記録再生針１３を接触させた後、図１に示す微動装置１２ｂを用いて記録媒体をｙ軸方向に１０ｋＨｚの周波数で振動させた。この状態において記録再生針１３に伝わるｙ軸方向の振動（ここで板バネ１４の短軸はｙ軸方向に設置してある）の振幅を検出部１６およびロックインアンプを用いて検出した。各点における上記データを画像化したものを図１６（ｂ）に示す。この図において情報が記録された領域（図の下半分）では検出された振幅出力が小さい（画像が暗い）ことが分かる。情報が記録された領域では分子鎖がｙ軸方向に配向（微結晶の長軸がｘ軸方向に配向）されていることから、分子鎖方向の摩擦力が分子鎖に垂直方向の摩擦力に比べて小さいために、記録媒体のｙ軸方向の振動に対して、膜面に接触している記録再生針１３に伝わる振動の振幅出力は小さくなる。それに対して、情報記録がなされていない領域（図の上半分）では各々の微結晶がランダムな方向を向いていることから、これらの微結晶のうち分子鎖がｘ軸方向（微結晶の長軸がｙ軸方向）を向いている微結晶は振幅出力が大きく、図１６（ｂ）では明るく表示されている。このように振幅出力の違いにより配向の有無を検出し、それにより薄膜に記録された情報を読み出すことができる。【００７９】  この方法は、配向の有無により情報が記録されている薄膜以外のものにも用いることができる。例えば、微結晶の長軸方向がそれぞれｙ軸に平行（０°方向）、ｙ軸から４５°回転した方向（４５°方向）、ｘ軸方向（９０°方向）に配列した３種の情報が薄膜に記録された場合、上記再生方法により得られる振幅出力は配向が０°方向の時に最小値（画像が最も暗い）、９０°方向の時に最大値（画像が最も明るい）、４５°方向の時にその中間値となる。これにより、１つの領域に３値以上の情報を記録し読み出すことができ、記録密度を更に高めることができる。【００８０】  この方法は、上記のグラファイト基板上に作製したＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）に限らず、ガラス基板、金属基板など他の基板上に形成されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜や、ポリエチレン膜、ポリブテン膜等の他の材料から成る薄膜に対しても適用することができる。【００８１】（３−２）情報再生の実施例２
実施例（２−４）と同様の方法を用いてグラファイト基板上に膜厚３００ｎｍのポリエチレン膜を作製した後に分子を配向制御した情報記録媒体について、記録された情報を再生する例を示す。情報が記録された領域に記録再生針１３を接触させた後、図１に示す振動機構２２を用いて記録再生針１３をｙ軸方向に３０ｋＨｚの周波数で振動させる。この状態において記録再生針１３のｙ軸方向振動の振幅および位相を検出部１６およびロックインアンプを用いて検出する。各点における上記データを画像化することにより、実施例（３−１）と同様、分子の配向情報を読み取ることができる。この方法を用いることにより、ガラス基板、金属基板など他の基板上に形成されたポリエチレン膜、更にはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜、ポリブテン膜においても同様の結果が得られ、分子配向制御により記録された情報を読み出すことができる。【００８２】（３−３）情報再生の実施例３
実施例（３−２）と同様の方法を用いて情報記録を行ったポリエチレン膜について、記録された情報を再生する例を示す。まず、記録再生針１３を、振動機構２３を用いて１０ｋＨｚでｚ軸方向に振動させながら、ステージ移動機構１２を用いて記録媒体表面に近づける。そして、記録再生針１３が間欠的に記録媒体の表面に接触するように記録再生針１３のｚ軸方向の位置を決める。次に、図１に示す振動機構２２を用いて、記録再生針１３をｙ軸方向に５０ｋＨｚの周波数で振動させる。この状態において記録再生針１３のｙ軸方向の振動の振幅および位相を検出部１６およびロックインアンプを用いて検出する。各点における上記データを画像化することにより、実施例（３−２）と同様、分子の配向情報を読み取ることができる。この方法を用いることにより、ガラス基板、金属基板など他の基板上に形成されたポリエチレン膜、更にはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜、ポリブテン膜においても同様の結果が得られ、分子配向制御により記録された情報を読み出すことができる。【００８３】（３−４）情報再生の実施例４
実施例（２−５）と同様の方法を用いてグラファイト基板上にポリブテン膜を作製した後に分子を配向制御した情報記録媒体について、記録された情報を再生する例を示す。情報が記録された領域に記録再生針１３を接触させた後、記録再生針１３を、ステージ移動機構１２を用いてこれを支える板バネ１４の長軸に垂直な方向であるｙ軸方向に微小距離だけ移動させる。これにより、記録再生針１３は膜表面にその移動方向の力を加えることになる。この時の板バネ１４のｙ軸方向の捩れ変形の大きさを検出部１６で検出する。分子がｙ軸方向に配向した領域よりもｘ軸方向に配向した領域の方が板バネの変形が大きくなることから分子の配向方向を読み出すことができる。各点における上記データを画像化することにより、実施例（３−２）と同様、分子の配向情報を読み取ることができる。この方法を用いることにより、ガラス基板、金属基板など他の基板上に形成されたポリエチレン膜、更にはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜、ポリブテン膜においても同様の結果が得られ、分子配向制御により記録された情報を読み出すことができる。【００８４】（３−５）情報再生の実施例５
実施例（２−１）と同様の方法を用いてガラス基板上にＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を作製した後に、１６０℃に加熱して、図９（ａ）に示すように分子鎖を基板に垂直に配向させた膜について、記録された情報を再生する例を示す。情報が記録された領域に記録再生針１３を接触させた後、図１に示す微動装置１２ｂを用いて記録媒体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を裏面から振動数１０ｋＨｚでｚ方向に振動させる。この振動は膜の内部で減衰又は位相遅れを生じながら記録再生針１３に伝播する。記録再生針１３のｚ軸方向の振動の振幅および位相情報を検出部１６で検出し、ロックインアンプで増幅する。分子が基板に垂直に配向した領域よりも平行に配向した領域の方が膜内部における振動の減衰や位相遅れが大きいことから、これらの振動や位相から分子鎖が基板に垂直、平行のいずれの方向に配向しているかを検出することができる。各点における上記データを画像化することにより、分子の配向情報を読み取ることができる。この方法を用いることにより、ガラス基板、金属基板など他の基板上に形成されたポリエチレン膜、更にはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜、ポリブテン膜においても同様の結果が得られ、分子配向制御により記録された情報を読み出すことができる。【００８５】（３−６）情報再生の実施例６
実施例（３−５）と同様の方法を用いて得られた分子鎖を基板に垂直に配向させたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜について、記録された情報を再生する例を示す。図１に示す振動機構２３を用いて記録再生針１３を１０ｋＨｚでｚ軸方向に振動させながらステージ移動機構１２を用いて記録媒体表面に近づけ、記録再生針１３が間欠的に記録媒体の表面に接触するように記録再生針１３のｚ軸方向の位置を決める。この状態で、再生用部材のｚ軸方向の振動の振幅および位相情報を検出部１６およびロックインアンプを用いて検出する。分子が基板に垂直に配向した領域よりも平行に配向した領域の方がｚ軸方向の弾性率が小さく膜表面におけるエネルギーの損失が大きいためｚ軸方向の弾性率が小さく位相遅れの大きい信号が得られることから、これらの弾性率や位相遅れから、分子鎖が基板に垂直、平行のいずれの方向に配向しているかを検出することができる。この方法を用いることにより、ガラス基板、金属基板など他の基板上に形成されたポリエチレン膜、更にはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜、ポリブテン膜においても同様の結果が得られ、分子配向制御により記録された情報を読み出すことができる。【００８６】（３−７）情報再生の実施例７
実施例（３−２）と同様の方法を用いて情報記録を行ったポリエチレン膜について、記録された情報を再生する例を示す。まず、記録再生針１３を、振動機構２３を用いて１０ｋＨｚでｚ軸方向に振動させながら、ステージ移動機構１２を用いて記録媒体表面に近づける。そして、記録再生針１３が間欠的に記録媒体の表面に接触するように記録再生針１３のｚ軸方向の位置を決める。次に、図１に示す微動装置１２ｂを用いて記録媒体をｙ軸方向に１０ｋＨｚの周波数で振動させた。この状態において記録再生針１３のｙ軸方向の振動の振幅および位相を検出部１６およびロックインアンプを用いて検出する。各点における上記データを画像化することにより、実施例（３−２）と同様、分子の配向情報を読み取ることができる。この方法を用いることにより、ガラス基板、金属基板など他の基板上に形成されたポリエチレン膜、更にはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜、ポリブテン膜においても同様の結果が得られ、分子配向制御により記録された情報を読み出すことができる。【００８７】（３−８）情報再生の実施例８
実施例（２−５）と同様の方法を用いてグラファイト基板上にポリブテン膜を作製した後に分子を配向制御した情報記録媒体について、記録された情報を再生する例を示す。まず、記録再生針１３を、振動機構２３を用いて１０ｋＨｚでｚ軸方向に振動させながら、ステージ移動機構１２を用いて記録媒体表面に近づける。そして、記録再生針１３が間欠的に記録媒体の表面に接触するように記録再生針１３のｚ軸方向の位置を決める。情報が記録された領域に記録再生針１３を間欠的に接触させた後、記録再生針１３を、ステージ移動機構１２を用いてこれを支える板バネ１４の長軸に垂直な方向であるｙ軸方向に微小距離だけ移動させる。これにより、記録再生針１３は膜表面にその移動方向の力を加えることになる。この時の板バネ１４のｙ軸方向の捩れ変形の大きさを検出部１６で検出する。分子がｙ軸方向に配向した領域よりもｘ軸方向に配向した領域の方が板バネの変形が大きくなることから分子の配向方向を読み出すことができる。各点における上記データを画像化することにより、実施例（３−２）と同様、分子の配向情報を読み取ることができる。この方法を用いることにより、ガラス基板、金属基板など他の基板上に形成されたポリエチレン膜、更にはＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜、ポリブテン膜においても同様の結果が得られ、分子配向制御により記録された情報を読み出すことができる。【００８８】（３−９）情報再生の実施例９
実施例（２−１）と同様の方法を用いて、記録媒体であるグラファイト基板上に形成されたＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）薄膜内の面積１００ｎｍ  ｘ  １００ｎｍの領域１〜１１において、それぞれ異なる方向に分子を配向制御して情報を記録した。次に、実施例（３−１）と同様の方法を用いて板バネ１４のねじれ振幅の大きさとして情報再生を行った。結果を図１７に示す。本図では、領域１〜１１内の分子の配向方向と板バネ１４の短軸のなす角度を横軸にとり、ねじれ振幅の大きさを縦軸に表示している。また、分子と板バネのなす角度０°と９０°の値を基に理論的に期待される摩擦によるねじれ振幅の大きさを実線で示している。図１７の結果から、記録媒体面内全ての方向において実施例（２−１）の方法を用いて記録された情報は実施例（３−１）の方法を用いて正確に再生できることが解かる。【００８９】  なお、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】  以上のように、本発明は、高密度情報記録、再生、消去方法、並びにそれに使用される媒体及び装置に関するものである。それゆえ、かかる技術を用いるエレクトロニクス産業をはじめとして、広範な産業上の利用可能性がある。
【図１】
2006070704.tif 000002
【図２（ａ）】
2006070704.tif 000003
【図２（ｂ）】
2006070704.tif 000004
【図３】
2006070704.tif 000005
【図４】
2006070704.tif 000006
【図５】
2006070704.tif 000007
【図６（ａ）】
2006070704.tif 000008
【図６（ｂ）】
2006070704.tif 000009
【図７（ａ）】
2006070704.tif 000010
【図７（ｂ）】
2006070704.tif 000011
【図７（ｃ）】
2006070704.tif 000012
【図７（ｄ）】
2006070704.tif 000013
【図８（ａ）】
2006070704.tif 000014
【図８（ｂ）】
2006070704.tif 000015
【図９（ａ）】
2006070704.tif 000016
【図９（ｂ）】
2006070704.tif 000017
【図１０（ａ）】
2006070704.tif 000018
【図１０（ｂ）】
2006070704.tif 000019
【図１１（ａ）】
2006070704.tif 000020
【図１１（ｂ）】
2006070704.tif 000021
【図１１（ｃ）】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４（ａ）】
2006070704.tif 000027
【図１４（ｂ）】
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【図１５（ａ）】
2006070704.tif 000029
【図１５（ｂ）】
2006070704.tif 000030
【図１６（ａ）】
2006070704.tif 000031
【図１６（ｂ）】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年10月6日(2006.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】  基板上に形成された薄膜の微小領域において、鋭利な先端形状を有する部材を用いて薄膜の表面に膜面に対し平行な方向の力を加えることにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録する情報記録工程と、
前記情報記録工程により記録された情報を再生する情報再生工程と、を含み、
前記情報再生工程は、
前記薄膜に鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に接触させ、該部材を該薄膜に対し膜表面に平行な方向に微小距離移動及び／又は振動させ、該両者の間に生じる力を検出することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を読み出す工程を含むことを特徴とする高密度情報記録再生方法。
【請求項２】  基板上に形成された薄膜の微小領域において、温度制御された鋭利な先端形状を有する部材を薄膜の表面に接触させ、薄膜表面の温度を制御することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録する情報記録工程と、
前記情報記録工程により記録された情報を再生する情報再生工程と、を含み、
前記情報再生工程は、
前記薄膜に鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に接触させ、該部材を該薄膜に対し膜表面に平行な方向に微小距離移動及び／又は振動させ、該両者の間に生じる力を検出することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を読み出す工程を含むことを特徴とする高密度情報記録再生方法。
【請求項３】  前記情報記録工程において、薄膜の微小領域における１つの情報記録領域に３値以上の情報を記録することを特徴とする請求項１又は２に記載の高密度情報記録再生方法。
【請求項４】  前記情報記録工程において、前記鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に前記薄膜の表面に接触させた状態で、膜面に対し平行な方向に微小距離移動または振動させることにより、情報を記録することを特徴とする請求項１又は３に記載の高密度情報記録再生方法。
【請求項５】  基板上に形成された薄膜の微小領域において、鋭利な先端形状を有する部材を用いて薄膜の表面に膜面に対し平行な方向の力を加えることにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録することを特徴とする高密度情報記録方法。
【請求項６】  基板上に形成された薄膜の微小領域において、温度制御された鋭利な先端形状を有する部材を薄膜の表面に接触させ、薄膜表面の温度を制御することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録することを特徴とする高密度情報記録方法。
【請求項７】  前記薄膜の微小領域における１つの情報記録領域に、３値以上の情報を記録することを特徴とする請求項５又は６に記載の高密度情報記録方法。
【請求項８】  前記鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に前記薄膜の表面に接触させた状態で、膜面に対し平行な方向に微小距離移動または振動させることにより、情報を記録することを特徴とする請求項５又は７に記載の高密度情報記録方法。
【請求項９】  前記薄膜の微小領域の温度を制御することを特徴とする請求項５，７又は８に記載の高密度情報記録方法。
【請求項１０】  前記薄膜の微小領域における接触圧を制御することを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の高密度情報記録方法。
【請求項１１】  前記薄膜の微小領域に電界を印加して、該微小領域内の分極を変化させることにより前記情報に重畳して異なる情報を記録することを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに記載の高密度情報記録方法。
【請求項１２】  前記薄膜の微小領域に磁界を印加して、該微小領域内の磁化を変化させることにより前記情報に重畳して異なる情報を記録することを特徴とする請求項５〜１１のいずれかに記載の高密度情報記録方法。
【請求項１３】  少なくとも基板と前記基板上に積層された薄膜とを有する情報記録用媒体であって、
請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法により前記薄膜に情報の記録が可能であることを特徴とする高密度情報記録媒体。
【請求項１４】  前記薄膜が複数積層されていることを特徴とする請求項１３に記載の高密度情報記録媒体。
【請求項１５】  請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法により記録された情報を再生する方法であって、
前記薄膜に鋭利な先端形状を有する部材を定常的または間欠的に接触させ、該部材を該薄膜に対し膜表面に平行な方向に微小距離移動及び／又は振動させ、該両者の間に生じる力を検出することにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を読み出す工程を含むことを特徴とする高密度情報再生方法。
【請求項１６】  請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法により記録された情報を消去する方法であって、
請求項５〜１２記載の記録方法のうち少なくとも１つと同様の方法を用いて情報を消去することを特徴とする高密度情報消去方法。
【請求項１７】  請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法により記録された情報を消去する方法であって、少なくとも前記薄膜の情報記録領域の温度を制御することにより、情報を一括消去することを特徴とする高密度情報消去方法。
【請求項１８】  請求項１〜４のいずれかに記載の高密度情報記録再生方法及び／又は請求項５〜１２のいずれかに記載の高密度情報記録方法及び／又は請求項１５に記載の高密度情報再生方法及び／又は請求項１６又は１７に記載の高密度情報消去方法を実行するための装置であって、
鋭利な先端形状を有する部材と、
前記薄膜と前記部材をｘ、ｙ、ｚ方向に相対的に移動させる移動機構と、
を備えることを特徴とする高密度メモリ装置。
【請求項１９】  薄膜と前記部材との接触圧を制御する接触圧制御手段を備えることを特徴とする請求項１８に記載の高密度メモリ装置。
【請求項２０】  前記部材およびまたは前記薄膜を所定の振動周波数で振動させる振動制御手段を備えることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の高密度メモリ装置。
【請求項２１】  前記薄膜およびまたは前記部材を所定の温度にする温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれかに記載の高密度メモリ装置。
【請求項２２】  前記薄膜に対して電界を印加する電界印加手段を備えることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれかに記載の高密度メモリ装置。
【請求項２３】  前記薄膜に対して磁界を印加する磁界印加手段を備えることを特徴とする請求項１８〜２２のいずれかに記載の高密度メモリ装置。
【請求項２４】  前記薄膜に対して超音波振動を印加する手段を備える請求項１８〜２３のいずれかに記載の高密度メモリ装置。
【請求項２５】  上記情報記録工程は、既に情報が記録されている薄膜の微小領域に対して、鋭利な先端形状を有する部材を用いて薄膜の表面に膜面に対し平行な方向の力を加えることにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録する工程を行うことにより、旧情報を消去するための処理を行うことなく、新たな情報を上書き記録する工程であることを特徴とする請求項１，２又は５に記載の高密度情報記録再生方法。
【請求項２６】  上記情報記録工程として、既に情報が記録されている薄膜の微小領域に対して、鋭利な先端形状を有する部材を用いて薄膜の表面に膜面に対し平行な方向の力を加えることにより該微小領域内の微粒子又は微結晶又は分子の配向方向を変化させ、情報を記録する工程を行うことにより、旧情報を消去するための処理を行うことなく、新たな情報を上書き記録する工程を行うものであることを特徴とする請求項１８に記載の高密度メモリ装置。
【国際調査報告】
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2006070704.tif 000035
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