JP3286181B2 - Recording medium, method of manufacturing the same, and information processing apparatus - Google Patents
- ️Mon May 27 2002
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の
高密度および大容量記録装置用に好適である記録媒体お
よびその製造方法と、それを用いた情報処理装置とに関
する。The present invention relates to a recording medium suitable for a high-density and large-capacity recording apparatus such as a computer, a method of manufacturing the same, and an information processing apparatus using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、一般にマルチメディア社会の到来
といわれ、パソコンを中心として、ネットワークシステ
ム、通信システム、ビデオシステム、オーディオシステ
ム等が相互に結合して情報処理を行う実用的方法が開発
されてきている。これらのシステムの中で、情報記録媒
体、すなわちメモリ素子の特性向上の果たす役割は極め
て大きく、その要求特性には限りがない。一般には、高
密度記録が可能なこと、記録容量が大きいこと、応答速
度が速いこと、エラーレートが小さいこと、消費電力が
少ないこと、価格が安いこと、等が要求されている。2. Description of the Related Art In recent years, it is generally said that a multimedia society has arrived, and a practical method has been developed in which a network system, a communication system, a video system, an audio system, and the like are mutually connected to perform information processing mainly on personal computers. ing. In these systems, the role of improving the characteristics of the information recording medium, that is, the memory element, is extremely large, and the required characteristics are not limited. In general, it is required that high-density recording is possible, recording capacity is large, response speed is fast, error rate is small, power consumption is low, and price is low.
【０００３】メモリ素子には、DRAM、SRAM、EEPROMなど
の半導体メモリや、磁気ディスク、光磁気ディスク、光
ディスク等の回転メモリなどが主として用いられてい
る。特に最近では、レーザー技術の進歩により、有機薄
膜を用いた安価で記録密度の高い記録媒体が商品化され
ている。As memory elements, semiconductor memories such as DRAM, SRAM, and EEPROM, and rotating memories such as magnetic disks, magneto-optical disks, and optical disks are mainly used. Particularly recently, with the advance of laser technology, a low-cost, high-density recording medium using an organic thin film has been commercialized.
【０００４】一方、1982年には、原子一つ一つを観察で
きる走査型トンネル顕微鏡（STM)が開発され、さらに、
この装置原理を応用して原子間力顕微鏡(AFM) が登場
し、これらによって様々な材料の原子レベルでの凹凸情
報を得ることが可能になった。また、観察手段としてば
かりでなく、STM およびAFM の広範囲な応用が期待され
ている。例えば、特開昭63-161552 号公報には、STM を
メモリに応用することが述べられている。On the other hand, in 1982, a scanning tunneling microscope (STM) capable of observing each atom was developed.
Atomic force microscopy (AFM) has been developed using this principle, and it has become possible to obtain atomic level information of various materials. In addition, STM and AFM are expected to be widely applied not only as observation tools. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-161552 describes application of STM to a memory.
【０００５】また、STM およびAFM に類似した走査型容
量顕微鏡(SCaM)がJ. Appl. Phys. 57, 1437(1985) に報
告されている。SCaMもプローブを用いた走査型の顕微鏡
であり、プローブで測定試料表面の局所的容量変化を検
出し、画像化するものである。この報告では、円盤状の
媒体を回転させ、これにSCaMプローブで記録再生を行う
メモリへの応用についても述べられている。A scanning capacitance microscope (SCaM) similar to STM and AFM is reported in J. Appl. Phys. 57, 1437 (1985). SCaM is also a scanning microscope using a probe, which detects a local change in capacitance on the surface of a measurement sample with the probe and forms an image. This report also describes the application of a disk-shaped medium to a memory that uses a SCaM probe for recording and playback.
【０００６】J. Appl. Phys., 70, 2725(1991)に記載の
報告では、AFM をメモリ素子に応用する方法が述べられ
ている。この方法は、AFM とSCaMとを組み合わせたもの
であり、導電性のAFM プローブを用いて記録再生を行
う。記録媒体には、ＭＮＯＳ（金属−窒化物−酸化物−
半導体）構造のものを用いる。情報の書き込みに際して
は、AFM プローブにより媒体にパルス電圧を印加し、電
荷を捕獲させる。これによりSi半導体基板には空乏層が
形成されてプローブ領域の容量が変化するので、情報記
録が可能となる。記録情報の読み出しの際には、適当な
高周波バイアス電圧を記録媒体とプローブとの間に印加
しながらプローブを走査させる。電荷捕獲されている領
域と捕獲されていない領域とではプローブと媒体との間
の容量が異なるため、プローブ走査に伴なう容量変化を
検出することにより、記録情報の読み出しが可能とな
る。記録情報を消去する場合には、記録時と逆特性のパ
ルス電圧等を印加するなどすればよい。A report described in J. Appl. Phys., 70, 2725 (1991) describes a method of applying AFM to a memory element. This method is a combination of AFM and SCaM, and performs recording and reproduction using a conductive AFM probe. Recording media include MNOS (metal-nitride-oxide-
Semiconductor) structure is used. When writing information, a pulse voltage is applied to the medium by the AFM probe to capture charges. As a result, a depletion layer is formed in the Si semiconductor substrate, and the capacitance of the probe region changes, so that information can be recorded. When reading recorded information, the probe is scanned while an appropriate high frequency bias voltage is applied between the recording medium and the probe. Since the capacitance between the probe and the medium is different between the region where the charge is captured and the region where the charge is not captured, it is possible to read the recorded information by detecting a change in capacitance accompanying the scanning of the probe. When erasing recorded information, a pulse voltage or the like having characteristics opposite to those at the time of recording may be applied.
【０００７】また、この方法に類似した方法で、記録媒
体に強誘電体を用いる方法が、特開昭63-193349 号公報
に述べられている。強誘電体は、あるしきい値電圧で分
極が反転する材料である。強誘電体を用いる場合、AFM
プローブなどにより強誘電体にパルス電圧を印加し、プ
ローブされた領域だけ分極を一方向に揃える、あるいは
分極を反転させることにより、情報の書き込みを行う。
情報の読み出しには、強誘電体の圧電効果、焦電効果、
電気光学効果、分極反転時の電流検出などが利用可能で
ある。圧電効果を利用する場合、例えば以下の方法を用
いる。適当な高周波バイアス電圧を記録媒体とプローブ
との間に印加しながら、プローブを走査させる。このと
き、強誘電体の圧電効果により記録媒体表面が変形す
る。強誘電体は分極状態の違いにより圧電効果が異なる
ため、記録媒体表面には記録情報に応じた変形が現わ
れ、この変形をプローブで検知することにより、情報の
読み出しが可能となる。記録情報を消去する場合は、記
録時とは逆特性のパルス電圧を印加して分極を反転させ
るなどすればよい。Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-193349 discloses a method using a ferroelectric material for a recording medium in a manner similar to this method. A ferroelectric is a material whose polarization is inverted at a certain threshold voltage. When using a ferroelectric, AFM
Information is written by applying a pulse voltage to the ferroelectric substance by using a probe or the like and aligning the polarization in one direction only in the probed region or inverting the polarization.
For reading information, piezoelectric effect of pyroelectric substance, pyroelectric effect,
Electro-optic effect, current detection at the time of polarization reversal, and the like can be used. When the piezoelectric effect is used, for example, the following method is used. The probe is scanned while an appropriate high frequency bias voltage is applied between the recording medium and the probe. At this time, the recording medium surface is deformed by the piezoelectric effect of the ferroelectric. Since the ferroelectric has a different piezoelectric effect depending on the polarization state, a deformation corresponding to the recorded information appears on the surface of the recording medium, and the deformation can be detected by a probe to read the information. When erasing the recorded information, a pulse voltage having a characteristic opposite to that of the recording may be applied to invert the polarization.
【０００８】また、強誘電体薄膜が半導体Siからなる基
板上に形成されていれば、AFM とSCaMとを組み合わせる
上記方法により記録再生を行うことができる。この場
合、強誘電体層の分極反転による電荷の捕獲、放出現象
を利用し、空乏層を形成する。この方法では、強誘電体
を利用するため、書き込み電圧は強誘電体の分極反転が
可能な程度の低電圧でよく、また、強誘電体の分極反転
速度は高速であるため、書き込み速度が速くなる。Further, if the ferroelectric thin film is formed on a substrate made of semiconductor Si, recording and reproduction can be performed by the above-mentioned method combining AFM and SCaM. In this case, a depletion layer is formed by utilizing a charge trapping and releasing phenomenon due to polarization reversal of the ferroelectric layer. In this method, since the ferroelectric is used, the writing voltage may be low enough to allow the polarization inversion of the ferroelectric, and the writing speed is high because the polarization inversion speed of the ferroelectric is high. Become.
【０００９】AFM またはSTM は、原子レベルの分解能を
有する。また、強誘電体は分極反転速度が100ns 以下と
高速であり、かつ記録ビットを10nmφ以下の寸法で形成
することが可能であるため、記録ビットを例えば10nm×
10nmの領域で形成すれば、１０6 M ビット/cm2程度の高
密度メモリが実現できる。AFM or STM has an atomic resolution. Further, since the ferroelectric material has a high polarization inversion speed of 100 ns or less, and can form a recording bit with a size of 10 nmφ or less, the recording bit is, for example, 10 nm ×
If formed in a region of 10 nm, a high-density memory of about 10 6 Mbit / cm 2 can be realized.
【００１０】上記のような、AFM またはSTM メモリー用
の強誘電体媒体としては、導電体層を形成した基板上
に、多結晶の強誘電体薄膜を形成したものが用いられて
きた。多結晶強誘電体薄膜による媒体においては、強誘
電体薄膜の結晶粒界、表面の凹凸がノイズとなる。As a ferroelectric medium for AFM or STM memory as described above, a medium in which a polycrystalline ferroelectric thin film is formed on a substrate on which a conductive layer is formed has been used. In a medium using a polycrystalline ferroelectric thin film, crystal grain boundaries and surface irregularities of the ferroelectric thin film cause noise.
【００１１】AFM またはSTM メモリーにおけるプロー
ブ、媒体間の距離はナノメーターオーダーであるから、
そのメモリー媒体にもナノメーターオーダーでの均一な
表面が要求される。表面凹凸、結晶性、表面にトラップ
される電荷など均一性が重要である。なぜなら、書き込
み、読み出しの際に、トンネル電流、あるいは原子間力
が一定になるように、プローブに接続されたアクチュエ
ーターに電圧を印加するサーボ方式を用いるため、媒体
の表面凹凸、結晶性、表面にトラップされる電荷などの
均一性が悪いと正常なビットを読み出せない。あるいは
高速動作が行えない。また、SCaMメモリーは、プローブ
で局所的容量を検出するため、表面凹凸、結晶性、表面
にトラップされる電荷などが直接記録ビット信号に混入
する。従来、強誘電体薄膜を用いた媒体では、表面均一
性が不十分であり、ナノメーターオーダーで均一な表面
を有する媒体は利用されていなかった。さらに、従来の
媒体では、強誘電体薄膜の表面が露出しているため、ダ
メージを受けやすかった。また、電荷が強誘電体薄膜の
一部に局在化してノイズとなる問題も明らかになってき
た。局在電荷は、強誘電体の焦電効果や結晶欠陥により
誘起されると考えられ、ノイズとなるだけでなく、プロ
ーブ最先端の破壊を招く。Since the distance between a probe and a medium in an AFM or STM memory is on the order of nanometers,
The memory medium also requires a uniform surface on the order of nanometers. It is important to have uniformity such as surface irregularities, crystallinity, and charges trapped on the surface. This is because the servo method that applies a voltage to the actuator connected to the probe so that the tunnel current or the interatomic force is constant during writing and reading is used. If the uniformity of the trapped charge or the like is poor, normal bits cannot be read. Alternatively, high-speed operation cannot be performed. In the SCaM memory, since the local capacitance is detected by a probe, surface irregularities, crystallinity, charges trapped on the surface, and the like are directly mixed into the recording bit signal. Conventionally, a medium using a ferroelectric thin film has insufficient surface uniformity, and a medium having a uniform surface on the order of nanometers has not been used. Further, in the conventional medium, since the surface of the ferroelectric thin film is exposed, the medium is easily damaged. In addition, a problem has been clarified that electric charges are localized in a part of the ferroelectric thin film and become noise. Localized charges are considered to be induced by the pyroelectric effect of ferroelectrics or crystal defects, and not only cause noise but also cause destruction of the tip of the probe.
【００１２】したがって、ノイズが無くしかも繰り返し
のデータ書き換えに耐える高信頼性のメモリ媒体を得る
ためには、１）表面平坦性の高い媒体、２）結晶性の均
一な媒体、３）表面のダメージを受けない媒体、４）電
気的欠陥がない、特に電荷が局在化しない媒体が必要で
ある。Therefore, in order to obtain a highly reliable memory medium free from noise and resistant to repeated data rewriting, 1) a medium having a high surface flatness, 2) a medium having uniform crystallinity, and 3) damage to the surface And 4) a medium free of electrical defects, especially a medium free of charge localization.
【００１３】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、AFM
やSTM の構成を利用し、かつ強誘電体の分極反転を利用
して情報の記録再生を行う記録媒体およびこの記録媒体
を有する情報処理装置において、ノイズを減少させ、ま
た、繰り返しのデータ書き換えに耐える高信頼性を実現
することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an AFM.
In a recording medium that uses the configuration of STM and STM, and records and reproduces information using polarization reversal of a ferroelectric, and an information processing apparatus having this recording medium, noise is reduced and repeated data rewriting is performed. Achieving enduring high reliability.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（３０）の本発明により達成される。 （１） 強誘電体の分極反転を利用して情報を記録する
記録媒体であって、Ｓｉ（１１１）面またはＳｉ（１０
０）面を表面に有するＳｉ単結晶の基板上に、酸化ジル
コニウム又は希土類酸化物中間層、そして、金属単体又
は導電性酸化物からなる電極層を挟むか挟まずに、ペロ
ブスカイト型、タングステンブロンズ型又はＹＭｎＯ3
型の強誘電体層を順次エピタキシャルに成膜し、この上
に結晶軸が単一配向した強誘電体層を有し、この強誘電
体層の表面の少なくとも８０％が、基準長さ５００nmで
の十点平均粗さＲｚが２nm以下であり、前記強誘電体層
が、ペロブスカイト型材料から構成される単一配向膜で
あるか、タングステンブロンズ型材料から構成される単
一配向膜であるか、ＭｎとＯとを含み、六方晶ＹＭｎＯ
3 結晶構造をもつ酸化物材料から構成される単一配向膜
である記録媒体。 （２） 前記基板がＳｉ（１００）面を表面に有するＳ
ｉ単結晶から構成され、前記強誘電体層が、ペロブスカ
イト型材料から構成される（００１）単一配向膜である
か、タングステンブロンズ型材料から構成される（００
１）単一配向膜であるか、希土類元素（ＳｃおよびＹを
含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶ＹＭｎＯ3 結晶構造
をもつ酸化物材料から構成される（０００１）単一配向
膜である上記（１）の記録媒体。 （３） 前記基板がＳｉ（１１１）面を表面に有するＳ
ｉ単結晶から構成され、前記強誘電体層が、希土類元素
（ＳｃおよびＹを含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶Ｙ
ＭｎＯ3 結晶構造をもつ酸化物材料から構成される（０
００１）単一配向膜である上記（１）の記録媒体。 （４） 前記強誘電体層がエピタキシャル膜である上記
（２）または（３）の記録媒体。 （５） 前記強誘電体層と前記基板との間に、単一配向
の酸化物中間層を有し、この酸化物中間層が、酸化ジル
コニウム系層および／または希土類酸化物系層を含み、
前記酸化ジルコニウム系層が、酸化ジルコニウムまたは
希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）により安定化された
酸化ジルコニウムから構成されるものであり、前記希土
類酸化物系層が、希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）酸
化物から構成されるものである上記（２）〜（５）のい
ずれかの記録媒体。 （６） 前記基板がＳｉ（１００）面を表面に有し、前
記酸化物中間層が正方晶または単斜晶（００１）単一配
向膜または立方晶（１００）単一配向膜である酸化ジル
コニウム系層を含むか、前記酸化物中間層が（１１１）
単一配向膜である希土類酸化物系層を含む上記（５）の
記録媒体。 （７） 前記基板がＳｉ（１１１）面を表面に有し、前
記酸化物中間層が（１１１）単一配向である酸化ジルコ
ニウム系層を含むか、前記酸化物中間層が（１１１）単
一配向である希土類酸化物系層を含む上記（５）の記録
媒体。 （８） 前記基板と前記強誘電体層との間または前記酸
化物中間層と前記強誘電体層との間に、結晶軸が単一配
向した（前記）電極層を有する上記（１）〜（７）のい
ずれかの記録媒体。 （９） 前記強誘電体層が、ペロブスカイト型材料から
構成される（００１）単一配向膜であるか、タングステ
ンブロンズ型材料から構成される（００１）単一配向膜
であり、前記電極層が正方晶（００１）単一配向膜であ
るか、立方晶（１００）単一配向膜である上記（８）の
記録媒体。 （１０） 前記強誘電体層が、希土類元素（Ｓｃおよび
Ｙを含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶ＹＭｎＯ3 結晶
構造をもつ酸化物材料から構成される（０００１）単一
配向膜であり、前記電極層が（１１１）単一配向膜であ
る上記（８）の記録媒体。 （１１） 前記電極層が金属または導電性酸化物から構
成される上記（８）〜（１０）のいずれかの記録媒体。 （１２） 前記金属が、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｒｅ，Ｐ
ｄ，ＲｈおよびＲｕの１種以上を含み、前記導電性酸化
物が、Ｉｎを含む酸化物またはペロブスカイト酸化物で
ある上記（１１）の記録媒体。 （１３） 前記基板が導電性である上記（１）〜（７）
のいずれかの記録媒体。 （１４） 前記基板が半導体であり、前記強誘電体層の
分極反転に伴い、基板に空乏層が形成される上記（１）
〜（７）のいずれかの記録媒体。 （１５） 強誘電体の分極反転を利用して情報を記録す
る記録媒体であって、基板上に上記（１）〜（１４）の
いずれかの強誘電体層を有し、この強誘電体層表面に導
電処理が施された記録媒体。 （１６） 強誘電体の分極反転を利用して情報を記録す
る記録媒体であって、基板上に上記（１）〜（１５）の
いずれかの強誘電体層を有し、この強誘電体層上に保護
層を有する記録媒体。 （１７） 前記保護層の比抵抗が１０〜１０7 Ωcmであ
る上記（１６）の記録媒体。 （１８） 前記保護層がアモルファスである上記（１
６）または（１７）の記録媒体。 （１９） 上記（１）〜（１４）のいずれかの構成を有
する上記（１５）〜（１８）のいずれかの記録媒体。 （２０） 基板上に強誘電体層を有し、強誘電体の分極
反転を利用して情報を記録する記録媒体であって、上記
（１）〜（１８）のいずれかの強誘電体層を有し、前記
強誘電体層側の表面に潤滑性物質から構成される潤滑層
を有するか、前記強誘電体層側の表面に潤滑処理が施さ
れている記録媒体。 （２１） 前記潤滑性物質が固体潤滑材である上記（２
０）の記録媒体。 （２２） 前記潤滑性物質が液体潤滑材である上記（２
０）の記録媒体。 （２３） 前記潤滑性物質が気体潤滑材である上記（２
０）の記録媒体。 （２４） 上記（１）〜（１９）のいずれかの構成を有
する上記（２０）〜（２３）のいずれかの記録媒体。 （２５） 前記強誘電体層の厚さが５〜７０nmである上
記（１）〜（２４）のいずれかの記録媒体。 （２６） 上記（１）〜（２５）のいずれかの記録媒体
を製造する方法であって、前記強誘電体層に３００〜６
００℃でアニールを施す工程を有する記録媒体の製造方
法。 （２７） 上記（１）〜（２５）のいずれかの記録媒体
を製造する方法であって、前記強誘電体層表面を機械的
および／または化学的に研磨する工程を有する記録媒体
の製造方法。 （２８） 前記強誘電体層を研磨した後、３００〜８５
０℃でアニールを施す工程を有する上記（２７）の記録
媒体の製造方法。 （２９） 上記（１）〜（２５）のいずれかの記録媒体
を有する情報処理装置。 （３０） 記録媒体に対し書き込みおよび読み出しを行
うためのブローブが浮上スライダーに搭載されている上
記（２９）の情報処理装置。This and other objects are achieved by the present invention which is defined below as (1) to (30). (1) A recording medium for recording information using polarization inversion of a ferroelectric substance, wherein the recording medium is a Si (111) surface or a Si (10
0) A zirconium oxide or rare earth oxide intermediate layer and an electrode layer made of a simple metal or a conductive oxide are sandwiched or not sandwiched on a Si single crystal substrate having a surface on the surface thereof, with a perovskite type or a tungsten bronze type. Or YMnO 3
Type ferroelectric layers are sequentially formed epitaxially, and a ferroelectric layer having a single crystal axis oriented thereon is formed thereon. At least 80% of the surface of the ferroelectric layer has a reference length of 500 nm. The ferroelectric layer is a single alignment film composed of a perovskite type material or a single alignment film composed of a tungsten bronze type material , Mn and O, hexagonal YMnO
A recording medium that is a single alignment film composed of an oxide material with a three- crystal structure. (2) S having a Si (100) surface on the surface of the substrate
the ferroelectric layer is a (001) single orientation film made of a perovskite-type material, or is made of a tungsten bronze-type material (00
1) A single orientation film or a (0001) single orientation film composed of an oxide material containing a rare earth element (including Sc and Y), Mn and O and having a hexagonal YMnO 3 crystal structure A recording medium according to the above (1). (3) S having the Si (111) plane on the surface of the substrate
the ferroelectric layer contains a rare earth element (including Sc and Y), Mn and O, and has a hexagonal Y
It is composed of an oxide material having a MnO 3 crystal structure (0
(001) The recording medium according to the above (1), which is a single alignment film. (4) The recording medium according to (2) or (3), wherein the ferroelectric layer is an epitaxial film. (5) a mono-oriented oxide intermediate layer between the ferroelectric layer and the substrate, the oxide intermediate layer including a zirconium oxide-based layer and / or a rare earth oxide-based layer;
The zirconium oxide-based layer is composed of zirconium oxide or zirconium oxide stabilized with a rare earth element (including Sc and Y), and the rare earth oxide-based layer is composed of a rare earth element (including Sc and Y). ) The recording medium according to any one of the above (2) to (5), which is composed of an oxide. (6) Zirconium oxide in which the substrate has a Si (100) plane on its surface and the oxide intermediate layer is a tetragonal or monoclinic (001) single-oriented film or a cubic (100) single-oriented film. Or the oxide intermediate layer comprises (111)
The recording medium according to the above (5), comprising a rare earth oxide-based layer which is a single alignment film. (7) The substrate has a Si (111) surface on its surface, and the oxide intermediate layer includes a (111) single-oriented zirconium oxide-based layer, or the oxide intermediate layer has a (111) single layer. The recording medium according to the above (5), comprising a rare earth oxide-based layer having orientation. (8) The above-described (1) to (1) to (2), further including an electrode layer having a crystal axis unidirectionally oriented between the substrate and the ferroelectric layer or between the oxide interlayer and the ferroelectric layer. The recording medium according to any one of (7). (9) The ferroelectric layer is a (001) single orientation film composed of a perovskite type material or a (001) single orientation film composed of a tungsten bronze type material, and the electrode layer is The recording medium according to the above (8), which is a tetragonal (001) single orientation film or a cubic (100) single orientation film. (10) The ferroelectric layer is a (0001) single-oriented film composed of an oxide material containing a rare earth element (including Sc and Y), Mn, and O and having a hexagonal YMnO 3 crystal structure. The recording medium according to (8), wherein the electrode layer is a (111) single alignment film. (11) The recording medium according to any one of (8) to (10), wherein the electrode layer is made of a metal or a conductive oxide. (12) The metal is Pt, Ir, Os, Re, P
(11) The recording medium according to the above (11), comprising at least one of d, Rh and Ru, wherein the conductive oxide is an oxide containing In or a perovskite oxide. (13) The above (1) to (7) in which the substrate is conductive.
Any of the recording media. (14) The substrate according to the above (1), wherein the substrate is a semiconductor and a depletion layer is formed on the substrate as the polarization of the ferroelectric layer is inverted.
The recording medium according to any one of (1) to (7). (15) A recording medium for recording information by using polarization inversion of a ferroelectric substance, comprising: a ferroelectric layer according to any one of (1) to (14) above on a substrate; A recording medium having a layer surface subjected to a conductive treatment. (16) A recording medium for recording information using polarization inversion of a ferroelectric substance, comprising: a ferroelectric layer according to any one of (1) to (15) above on a substrate; A recording medium having a protective layer on a layer. (17) The recording medium according to (16), wherein the specific resistance of the protective layer is 10 to 10 7 Ωcm. (18) In the above (1), wherein the protective layer is amorphous.
6) or the recording medium according to (17). (19) The recording medium according to any one of the above (15) to (18), having the configuration according to any one of the above (1) to (14). (20) A recording medium having a ferroelectric layer on a substrate and recording information by utilizing polarization inversion of the ferroelectric, wherein the ferroelectric layer according to any one of the above (1) to (18) And a lubricating layer made of a lubricating substance on the surface on the ferroelectric layer side, or a lubricating treatment on the surface on the ferroelectric layer side. (21) The above (2), wherein the lubricating substance is a solid lubricant.
0) Recording medium. (22) The above (2), wherein the lubricating substance is a liquid lubricant.
0) Recording medium. (23) The above (2), wherein the lubricating substance is a gaseous lubricant.
0) Recording medium. (24) The recording medium according to any one of the above (20) to (23), having the configuration according to any one of the above (1) to (19). (25) The recording medium according to any one of (1) to (24), wherein the thickness of the ferroelectric layer is 5 to 70 nm. (26) The method for manufacturing a recording medium according to any one of (1) to (25), wherein the ferroelectric layer has a thickness of 300 to 6
A method for manufacturing a recording medium, comprising a step of annealing at 00 ° C. (27) A method for manufacturing a recording medium according to any one of the above (1) to (25), comprising a step of mechanically and / or chemically polishing the surface of the ferroelectric layer. . (28) After polishing the ferroelectric layer, 300 to 85
The method for producing a recording medium according to the above (27), comprising a step of annealing at 0 ° C. (29) An information processing apparatus having the recording medium according to any one of (1) to (25). (30) The information processing apparatus according to (29), wherein a probe for writing and reading to and from a recording medium is mounted on a flying slider.
【００１５】[0015]
【作用】本発明の記録媒体は、強誘電体層の結晶軸が単
一配向しており、かつその表面の凹凸が分子レベルで平
坦である。このように、原子間力顕微鏡(AFM) または走
査型トンネル顕微鏡(STM) の構成を利用した記録媒体で
必要とされる極めて高い平滑度を有し、かつ結晶性も均
一である強誘電体層を有するため、記録ビットを形成し
た場合にノイズが少なく高速動作が可能となる。また、
Siの単結晶基板を用いると安価に高結晶性の強誘電体層
が得られる。In the recording medium of the present invention, the crystal axis of the ferroelectric layer is unidirectionally oriented, and the surface irregularities are flat at the molecular level. As described above, the ferroelectric layer having extremely high smoothness and uniform crystallinity required for a recording medium using the structure of an atomic force microscope (AFM) or a scanning tunneling microscope (STM) is used. Therefore, when recording bits are formed, noise is reduced and high-speed operation becomes possible. Also,
If a single crystal substrate of Si is used, a highly crystalline ferroelectric layer can be obtained at low cost.
【００１６】本発明は、特にエピタキシャル膜において
粒界がなく、表面の凹凸を極力低下させることが可能で
あるという知見に基づきなされたものであり、このよう
な膜はノイズの影響を受けない。The present invention has been made based on the finding that there is no grain boundary particularly in an epitaxial film and the surface irregularities can be reduced as much as possible. Such a film is not affected by noise.
【００１７】なお、強誘電体層の組成や形成条件によっ
ては、単一配向とならないことがあるが、強誘電体層の
アニール条件やその厚さを制御することによって単一配
向とすることができる。例えば、強誘電体材料として希
土類元素を１０モル％程度添加したチタン酸鉛を用い、
強誘電体層の厚さを３００nm程度とした場合、形成直後
は（００１）単一配向となるが、強誘電体特性向上のた
めに７５０℃でアニールすると、（００１）配向結晶と
（１００）配向結晶とが混在した状態となってしまう。
しかし、アニール温度を６００℃以下とすれば、強誘電
体層を（００１）単一配向とすることができる。また、
強誘電体層の厚さを５〜７０nmと薄くすれば、アニール
温度によらず（００１）単一配向とすることができるの
で、６００℃を超える高温でアニールでき、強誘電体特
性をより向上させることができる。Although a single orientation may not be obtained depending on the composition and formation conditions of the ferroelectric layer, the single orientation can be obtained by controlling the annealing conditions and the thickness of the ferroelectric layer. it can. For example, as a ferroelectric material, lead titanate to which a rare earth element is added at about 10 mol% is used,
When the thickness of the ferroelectric layer is about 300 nm, it has a (001) single orientation immediately after formation, but when it is annealed at 750 ° C. to improve the ferroelectric characteristics, the (001) oriented crystal and (100) This results in a state in which oriented crystals are mixed.
However, if the annealing temperature is set to 600 ° C. or lower, the ferroelectric layer can be made to have the (001) single orientation. Also,
If the thickness of the ferroelectric layer is made as thin as 5 to 70 nm, it is possible to have a (001) single orientation regardless of the annealing temperature, so that it can be annealed at a high temperature exceeding 600 ° C. and further improve the ferroelectric characteristics. Can be done.
【００１８】本発明では、強誘電体層表面を研磨するこ
とによってその表面の平滑度を向上させることができ
る。強誘電体層の構成材料や形成条件によってはその表
面平滑度が不十分となることがあるが、この場合でも研
磨によって平滑度を向上させれば、ノイズを抑制するこ
とができる。In the present invention, the smoothness of the surface can be improved by polishing the surface of the ferroelectric layer. The surface smoothness of the ferroelectric layer may be insufficient depending on the constituent materials and the forming conditions. However, even in this case, noise can be suppressed by improving the smoothness by polishing.
【００１９】AFM やSTM の構成を利用した情報処理装置
では、検出信号は媒体表面のうねり、凹凸、ひずみ、組
成ずれ、プローブの駆動方法等に起因する特有の信号成
分（ノイズ）を含むが、本発明では、強誘電体層の結晶
性を高め、その表面凹凸を極力小さくしているため、Ｓ
／Ｎを高くすることができ、信頼性を向上させることが
できる。In an information processing apparatus using the AFM or STM configuration, the detection signal includes a unique signal component (noise) due to undulation, unevenness, distortion, composition deviation, probe driving method, and the like on the medium surface. In the present invention, since the crystallinity of the ferroelectric layer is enhanced and the surface irregularities are minimized,
/ N can be increased, and the reliability can be improved.
【００２０】本発明で対象としている記録媒体は、プロ
ーブにより走査され記録再生を行うものであり、プロー
ブ本体のみならず走査に必要な駆動機構が情報処理装置
に付属する。したがって、プローブと媒体とが物理的に
接触したり、駆動機構の磨耗部から発生した微粒子が媒
体とプローブとの間に侵入したり、駆動機構に起因する
振動によりプローブが媒体に物理的に接触したりするこ
となどにより、媒体はダメージを受ける。本発明におい
て強誘電体層の表面に保護層を形成すれば、このような
ダメージを防ぐことができ、繰り返しのデータ書き換え
に耐える高信頼性が実現する。The recording medium of the present invention scans and reproduces data by scanning with a probe, and includes not only the probe body but also a driving mechanism required for scanning is attached to the information processing apparatus. Therefore, the probe makes physical contact with the medium, fine particles generated from a worn portion of the drive mechanism enter between the medium and the probe, and the probe makes physical contact with the medium due to vibration caused by the drive mechanism. The medium is damaged, for example. In the present invention, if a protective layer is formed on the surface of the ferroelectric layer, such damage can be prevented, and high reliability that can withstand repeated data rewriting is realized.
【００２１】また、保護層に適当な導電性をもたせれ
ば、強誘電体層表面の電荷が均一化されるため、強誘電
体の焦電効果、結晶欠陥等により強誘電体層表面に局在
的に発生する電荷の集中を防ぐことが可能になる。した
がって、集中電荷によるノイズおよびプローブの破壊を
防止することができる。If the protective layer has an appropriate conductivity, the electric charge on the surface of the ferroelectric layer is made uniform. It is possible to prevent the concentration of charges that are locally generated. Therefore, noise and destruction of the probe due to the concentrated charge can be prevented.
【００２２】また、本発明では、強誘電体層の表面を潤
滑性にすることにより、繰り返しのデータ書き換えに耐
える高信頼性の記録媒体が得られる。このような潤滑性
の付与は、プローブを浮上スライダーに搭載した構成の
情報処理装置とすることによっても実現できる。Further, according to the present invention, a highly reliable recording medium that can withstand repeated data rewriting can be obtained by making the surface of the ferroelectric layer lubricious. Such lubrication can be provided by an information processing apparatus having a configuration in which a probe is mounted on a flying slider.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail.
【００２４】＜記録再生装置＞本発明の記録媒体は、導
電性プローブを有する情報処理装置（記録再生装置）に
搭載される。この情報処理装置における記録（書き込
み）および再生（読み出し）の際の作用は、前述したＳ
ＴＭ、ＳＣａＭ、導電性のプローブを備えるＡＦＭなど
における記録再生作用と同様である。<Recording / Reproducing Apparatus> The recording medium of the present invention is mounted on an information processing apparatus (recording / reproducing apparatus) having a conductive probe. The operation at the time of recording (writing) and reproduction (reading) in this information processing apparatus is the same as that of S
This is the same as the recording / reproducing operation in TM, SCaM, AFM having a conductive probe, and the like.
【００２５】本発明の記録媒体が搭載される情報処理装
置の構成例を、図１に示す。FIG. 1 shows an example of the configuration of an information processing apparatus on which the recording medium of the present invention is mounted.
【００２６】図１に示す情報処理装置は、通常の原子間
力顕微鏡(AFM) の構成に対し、主として２点変更を加え
ている。一つは、AFM プローブを導電性にしたこと、も
うひとつは、このAFM プローブに容量センサーを取り付
けたことである。The information processing apparatus shown in FIG. 1 is different from the configuration of a normal atomic force microscope (AFM) mainly in two points. One is to make the AFM probe conductive, and the other is to attach a capacitive sensor to this AFM probe.
【００２７】この情報処理装置は、導電性AFM プローブ
１を有し、導電性AFM プローブ１により記録媒体２に対
し書き込みおよび読み出しを行う。なお、図１の情報処
理装置には、導電性AFM プローブ１の変位をレーザービ
ーム９により検知する変位検知フォトディテクター１０
が設置されている。記録媒体２は、圧電アクチュエータ
素子を用いたXY走査駆動機構３に載せられているので、
導電性AFM プローブ１の走査は、記録媒体２を移動させ
ることにより行うことになる。This information processing apparatus has a conductive AFM probe 1 and performs writing and reading on a recording medium 2 by the conductive AFM probe 1. The information processing apparatus shown in FIG. 1 includes a displacement detection photodetector 10 for detecting a displacement of the conductive AFM probe 1 by a laser beam 9.
Is installed. Since the recording medium 2 is mounted on the XY scanning drive mechanism 3 using the piezoelectric actuator element,
The scanning of the conductive AFM probe 1 is performed by moving the recording medium 2.
【００２８】書き込みには、主として以下の３種の方法
が用いられる。第１の方法では、強誘電体層を一方向に
分極させる処理（初期化処理）を施した記録媒体を用い
る。そして、導電性AFM プローブ１を走査させながら、
これと記録媒体２との間に、記録情報に応じた一方向の
極性をもったパルス電圧を印加して、分極を反転させ
る。分極を反転させた領域が「０」または「１」とな
り、分極を反転させなかった領域が「１」または「０」
となる。第２の方法では、二方向の極性をもったパルス
電圧を印加する。極性の異なるパルス電圧を印加した領
域では分極方向が逆となるため、結果的に第１の方法と
同様な記録ビットが形成される。なお、この場合の記録
媒体は、初期化したものであっても初期化していないも
のであってもよい。第３の方法は、初期化しておらず分
極方向がランダムである強誘電体層を有する記録媒体
に、一方向の極性をもったパルス電圧を印加する。電圧
を印加した領域は一方向に分極する。一方、電圧を印加
しなかった領域はランダム分極のまま残るため、後述す
る方法により読み出しが可能である。これら各方法にお
けるパルス電圧の強度は、強誘電体層の抗電界よりも大
きな電界が記録媒体に印加されるように設定すればよ
い。The following three methods are mainly used for writing. In the first method, a recording medium that has been subjected to a process of polarizing the ferroelectric layer in one direction (initialization process) is used. Then, while scanning the conductive AFM probe 1,
A pulse voltage having a unidirectional polarity according to the recording information is applied between the recording medium and the recording medium 2 to invert the polarization. The region where the polarization is inverted is “0” or “1”, and the region where the polarization is not inverted is “1” or “0”.
Becomes In the second method, a pulse voltage having two directions of polarity is applied. In regions where pulse voltages of different polarities are applied, the polarization directions are reversed, and consequently, recording bits similar to those in the first method are formed. Note that the recording medium in this case may be initialized or uninitialized. In the third method, a pulse voltage having one-way polarity is applied to a recording medium having a ferroelectric layer in which the polarization direction is random without being initialized. The region to which the voltage is applied is polarized in one direction. On the other hand, since a region where no voltage is applied remains as random polarization, reading can be performed by a method described later. The intensity of the pulse voltage in each of these methods may be set so that an electric field larger than the coercive electric field of the ferroelectric layer is applied to the recording medium.
【００２９】後述する図２の媒体構造では、基板として
半導体Siを用いるため、強誘電体層の分極の方向によっ
て空乏層が形成される／されないの区別が生じ、より確
実に記録保持動作が行える。In the medium structure shown in FIG. 2, which will be described later, since semiconductor Si is used as the substrate, a distinction is made between whether or not a depletion layer is formed depending on the direction of polarization of the ferroelectric layer, and the recording and holding operation can be performed more reliably. .
【００３０】記録情報を読み出す場合には、 AFM導電性
プローブ１と記録媒体２との間に適当な高周波バイアス
電圧を印加しながら、走査を行う。そして、容量センサ
７とロックインアンプ８とにより、導電性AFM プローブ
１と記録媒体２との間の高周波バイアス電圧に対しての
容量成分信号（C 、dC/dV ）を検出する。分極の方向に
より容量成分は変化するため、記録ビットが読み出され
る。また、半導体基板を用いる図２の構造の媒体の記録
ビットでは、空乏層の形成により容量が変化しているの
で、同様にして読み出しを行うことができる。When reading recorded information, scanning is performed while applying an appropriate high-frequency bias voltage between the AFM conductive probe 1 and the recording medium 2. Then, the capacitance sensor 7 and the lock-in amplifier 8 detect a capacitance component signal (C, dC / dV) with respect to the high-frequency bias voltage between the conductive AFM probe 1 and the recording medium 2. Since the capacitance component changes depending on the direction of polarization, the recording bit is read. Further, in the recording bit of the medium having the structure shown in FIG. 2 using a semiconductor substrate, since the capacitance is changed due to the formation of the depletion layer, reading can be performed in the same manner.
【００３１】なお、図１にはAFM をベースとした装置を
示したが、本発明にはSTM をベースとした装置も利用可
能である。Although FIG. 1 shows an apparatus based on AFM, an apparatus based on STM can be used in the present invention.
【００３２】読み出しには、強誘電体の圧電効果、焦電
効果、電気光学効果などを利用してもよい。例えば、適
当な高周波バイアス電圧を記録媒体と導電性AFM プロー
ブとの間に印加しながら導電性AFM プローブを走査させ
る。このとき、強誘電体の圧電効果により媒体が変形す
るが、分極方向に応じて圧電効果が異なるため、導電性
AFM プローブにより検出される変形信号に変化が現れ
る。これにより記録情報を読み出すことができる。For reading, a piezoelectric effect, a pyroelectric effect, an electro-optical effect, etc. of a ferroelectric material may be used. For example, the conductive AFM probe is scanned while an appropriate high frequency bias voltage is applied between the recording medium and the conductive AFM probe. At this time, the medium is deformed by the piezoelectric effect of the ferroelectric, but since the piezoelectric effect varies depending on the polarization direction, the medium becomes conductive.
A change appears in the deformation signal detected by the AFM probe. Thereby, the recorded information can be read.
【００３３】上記２例の読み出し方法は、読み出しの後
も記録ビットが保存される非破壊読み出しであるが、読
み出しにより記録ビットが消去される破壊読み出しを行
ってもよい。この場合、例えば、STM または導電性プロ
ーブを有するAFM を用い、適当な高周波バイアス電圧を
記録媒体とプローブとの間に印加しながら、プローブを
走査させる。このときの高周波バイアス電圧は、強誘電
体の分極反転が可能な値に設定しておく。この高周波バ
イアス電圧印加により、媒体と導電性プローブとの間に
は分極反転電流が流れる。この電流は、強誘電体の分極
方向により異なるため、記録情報に応じた電流量変化が
現われる。したがって、プローブに流れる電流のプロー
ブ走査に伴なう変化を検知することにより、記録情報を
読み出すことができる。破壊読み出しを行う場合には、
読み出し後、再書き込みをする必要がある。The read method of the above two examples is a non-destructive read in which the recording bits are stored even after the reading, but a destructive read in which the recording bits are erased by the reading may be performed. In this case, the probe is scanned while applying an appropriate high-frequency bias voltage between the recording medium and the probe using, for example, an STM or an AFM having a conductive probe. At this time, the high-frequency bias voltage is set to a value at which the polarization of the ferroelectric can be inverted. The application of the high frequency bias voltage causes a polarization inversion current to flow between the medium and the conductive probe. Since this current varies depending on the polarization direction of the ferroelectric, a change in the amount of current appears according to the recorded information. Therefore, the recorded information can be read by detecting a change in the current flowing through the probe accompanying the probe scanning. When performing destructive read,
After reading, it is necessary to rewrite.
【００３４】なお、第１の方法で書き込みを行った場
合、記録時と逆極性のパルス電圧を印加して分極を反転
することにより、記録情報が消去できる。第２の方法ま
たは第３の方法で書き込みを行った場合には、初期化に
より記録情報が消去できる。第１〜３のいずれの方法で
書き込んだ媒体も、第２の方法によりオーバーライトが
可能である。When writing is performed by the first method, the recorded information can be erased by inverting the polarization by applying a pulse voltage having a polarity opposite to that of the recording. When writing is performed by the second method or the third method, the recorded information can be erased by initialization. The medium written by any of the first to third methods can be overwritten by the second method.
【００３５】本発明で用いる情報処理装置では、記録媒
体の形状は特に限定されず、また、記録媒体とプローブ
とを相対的に移動させる方法も特に限定されない。例え
ば、円盤状の記録媒体を用い、プローブに対し記録媒体
を回転させる構成としてもよく、媒体をアクチュエータ
ーで２軸あるいはそれ以上の方向に駆動してもよく、ま
た、プローブを同様に駆動してもよく、両者を駆動する
構成としてもよい。また、導電性プローブを複数設けた
構成としてもよい。In the information processing apparatus used in the present invention, the shape of the recording medium is not particularly limited, and the method for relatively moving the recording medium and the probe is not particularly limited. For example, a disc-shaped recording medium may be used, and the recording medium may be rotated with respect to the probe. The medium may be driven in two or more directions by an actuator. Alternatively, both may be driven. Further, a configuration in which a plurality of conductive probes are provided may be employed.
【００３６】＜記録媒体の構造＞本発明の記録媒体は、
例えば図２〜図４に示される構造とされる。<Structure of Recording Medium> The recording medium of the present invention
For example, the structure shown in FIGS.
【００３７】図２に示す記録媒体は、Ｓｉ等からなる半
導体基板１２１表面に強誘電体層１３を有する。半導体
基板１２１の裏面には、オーミック電極１１が設けられ
ている。このオーミック電極１１は、強誘電体層１３お
よび半導体基板１２１を介して導電性プローブに対向す
る電極であり、このような対向電極として機能する限
り、設置位置は基板裏面以外であってもよい。The recording medium shown in FIG. 2 has a ferroelectric layer 13 on the surface of a semiconductor substrate 121 made of Si or the like. On the back surface of the semiconductor substrate 121, an ohmic electrode 11 is provided. The ohmic electrode 11 is an electrode opposed to the conductive probe via the ferroelectric layer 13 and the semiconductor substrate 121, and may be provided at a position other than the rear surface of the substrate as long as it functions as such an opposed electrode.
【００３８】半導体基板としては、Ｐ型またはＮ型の導
電性を有し、比抵抗が１０-4〜１０6 Ωcm程度、特に１
０-2〜１０6 Ωcm程度のものが好ましい。半導体基板を
用いることにより、情報処理装置の説明において述べた
空乏層の形成が可能となる。なお、空乏層とは、半導体
の表面または界面に生じる電位障壁領域に生じる空間電
荷層のことをいう。この層では、半導体中の自由電子が
少なくなるため、抵抗率が高くなり、容量成分をもつ層
となる。そのため、書き込み領域の容量を変化させるこ
とができる。The semiconductor substrate has P-type or N-type conductivity and has a specific resistance of about 10 -4 to 10 6 Ωcm, especially about 1 Ωcm.
It is preferably about 0 -2 to 10 6 Ωcm. By using a semiconductor substrate, the depletion layer described in the description of the information processing device can be formed. Note that a depletion layer refers to a space charge layer generated in a potential barrier region generated on the surface or interface of a semiconductor. In this layer, since the number of free electrons in the semiconductor is reduced, the resistivity is increased and the layer has a capacitance component. Therefore, the capacity of the writing area can be changed.
【００３９】なお、図２において半導体基板と強誘電体
層との間には、後述するようにSiO2層や他の酸化物層な
どが存在していてもよい。In FIG. 2, between the semiconductor substrate and the ferroelectric layer, an SiO 2 layer or another oxide layer may be present as described later.
【００４０】図３に示す記録媒体は、Ｓｉ等の導電性基
板１２２表面に、強誘電体層１３を有する。導電性基板
は、導電性プローブに対向する電極として機能する。導
電性基板の構成材料は、バルクでの比抵抗が１０-7〜１
０-2Ωcmであるものが好ましい。The recording medium shown in FIG. 3 has a ferroelectric layer 13 on the surface of a conductive substrate 122 such as Si. The conductive substrate functions as an electrode facing the conductive probe. The constituent material of the conductive substrate has a bulk specific resistance of 10 -7 to 1.
It is preferably 0 -2 Ωcm.
【００４１】なお、図３において導電性基板と強誘電体
層との間には、後述するようにSiO2層や他の酸化物層な
どが存在していてもよい。In FIG. 3, between the conductive substrate and the ferroelectric layer, an SiO 2 layer or another oxide layer may be present as described later.
【００４２】図４に示す記録媒体は、基板１２３表面に
電極層１５を有し、電極層表面に強誘電体層１３を有す
る。電極層は、導電性プローブに対向する電極として機
能する。電極層の比抵抗は、１０-7〜１０-2Ωcmである
ことが好ましい。この記録媒体では、電極層を設けてい
るため基板の導電特性は特に限定されず、絶縁体、半導
体、導電体のいずれの基板を用いてもよい。The recording medium shown in FIG. 4 has an electrode layer 15 on the surface of the substrate 123 and a ferroelectric layer 13 on the surface of the electrode layer. The electrode layer functions as an electrode facing the conductive probe. The specific resistance of the electrode layer is preferably 10 −7 to 10 −2 Ωcm. In this recording medium, since the electrode layer is provided, the conductive characteristics of the substrate are not particularly limited, and any substrate of an insulator, a semiconductor, and a conductor may be used.
【００４３】なお、図４において基板と電極層との間に
は、後述するようにSiO2層や他の酸化物層などが存在し
ていてもよい。In FIG. 4, between the substrate and the electrode layer, an SiO 2 layer or another oxide layer may be present as described later.
【００４４】図２〜図４における基板の厚さは、通常、
１００μm 〜１mm程度である。The thickness of the substrate in FIGS.
It is about 100 μm to 1 mm.
【００４５】図２〜図４における強誘電体層１３の膜厚
は、好ましくは５nm以上、より好ましくは１０nm以上、
さらに好ましくは２０nm以上であり、かつ、好ましくは
１０００nm以下、より好ましくは５００nm以下、さらに
好ましくは７０nm以下である。強誘電体層が薄すぎる
と、分極反転が不可能になる。一方、厚すぎると強誘電
体層を分極反転するために必要な電圧が大きくなって、
大きな書き込み電圧（例えば20V 以上）が必要になって
しまい、強誘電体層表面の平坦度も悪くなってしまう。
また、前述したように強誘電体層の組成や形成条件（ア
ニール条件等）によっては単一配向膜とすることができ
なくなるが、このような場合でも、強誘電体層の厚さを
５〜７０nm、好ましくは１０〜７０nmとすることによ
り、単一配向膜とすることが可能であり、強誘電体層表
面の平坦度もより良好となる。The thickness of the ferroelectric layer 13 in FIGS. 2 to 4 is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more.
It is more preferably at least 20 nm, and preferably at most 1,000 nm, more preferably at most 500 nm, even more preferably at most 70 nm. If the ferroelectric layer is too thin, polarization reversal becomes impossible. On the other hand, if it is too thick, the voltage required to invert the polarization of the ferroelectric layer increases,
A large write voltage (for example, 20 V or more) is required, and the flatness of the surface of the ferroelectric layer is deteriorated.
Further, as described above, a single orientation film cannot be formed depending on the composition of the ferroelectric layer and the forming conditions (annealing conditions and the like). However, even in such a case, the thickness of the ferroelectric layer is 5 to 5. By setting the thickness to 70 nm, preferably 10 to 70 nm, a single alignment film can be obtained, and the flatness of the surface of the ferroelectric layer is further improved.
【００４６】前述したように、導電性プローブで記録媒
体を走査することにより記録ビットの信号を検出するこ
とができるが、この信号の成分には記録媒体表面の性質
やその他の要因によるノイズが重畳される。すなわち、
強誘電体層表面のうねり、凹凸、ひずみ、組成ずれに起
因するノイズ成分や、プローブの駆動方法特有のノイズ
成分が本来の信号成分に重畳される。したがって、本来
の信号成分を正確に得るためには、Ｓ／Ｎをできるだけ
高くする必要がある。Ｓ／Ｎを高める最も有効な方法
は、強誘電体層の結晶性を高め、その表面凹凸を極力小
さくすることである。本発明の記録媒体の強誘電体層表
面は、そのＲｚからわかるように分子レベルで平坦であ
るため、Ｓ／Ｎが極めて高くなる。強誘電体層の結晶性
を高め、その表面凹凸を極力小さくするためには、後述
するように、強誘電体層を単一配向膜、特にエピタキシ
ャル膜とすることが有効である。As described above, the signal of the recording bit can be detected by scanning the recording medium with the conductive probe, but the noise of the signal component is superimposed on the component of the recording medium surface and other factors. Is done. That is,
A noise component caused by undulation, unevenness, distortion, and composition deviation of the surface of the ferroelectric layer, and a noise component peculiar to the driving method of the probe are superimposed on the original signal component. Therefore, in order to accurately obtain the original signal component, it is necessary to increase the S / N as much as possible. The most effective way to increase the S / N is to increase the crystallinity of the ferroelectric layer and minimize its surface irregularities. Since the surface of the ferroelectric layer of the recording medium of the present invention is flat at the molecular level as can be seen from its Rz, the S / N becomes extremely high. In order to increase the crystallinity of the ferroelectric layer and minimize surface irregularities, it is effective to use a single-oriented film, particularly an epitaxial film, as described later.
【００４７】＜基板＞基板材料は、ガラス、金属（合金
を含む）、有機物、単結晶や多結晶のセラミックスなど
の種々のものから、半導体、導電体、絶縁体など要求さ
れる特性に応じて適宜選択すればよい。<Substrate> The substrate material may be selected from various materials such as glass, metal (including alloy), organic matter, single crystal and polycrystalline ceramics, depending on the required characteristics such as semiconductor, conductor and insulator. What is necessary is just to select suitably.
【００４８】高結晶性の強誘電体層を形成するために
は、単結晶基板を用いることが好ましい。単結晶基板の
材質は、マグネシア、チタン酸ストロンチウム、サファ
イア、ジルコニア、安定化ジルコニア、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、ガリウム砒素、シリコンなど
が好ましい。特に、Si単結晶基板は、安価でかつ半導体
素子との整合性も高く好ましい。単結晶基板を用いるこ
とにより、結晶配向の揃った強誘電体層、具体的には単
一配向膜、好ましくはエピタキシャル膜を形成すること
が可能になる。結晶配向の揃った強誘電体層は、多結晶
強誘電体層よりも表面性が良好であり、また、残留分極
値を大きくできたり、結晶粒界の影響による分極の不揃
いを防止できたりして、優れた強誘電体特性が得られる
ので、記録媒体の強誘電体層として好適である。In order to form a highly crystalline ferroelectric layer, it is preferable to use a single crystal substrate. The material of the single crystal substrate is preferably magnesia, strontium titanate, sapphire, zirconia, stabilized zirconia, lithium niobate, lithium tantalate, gallium arsenide, silicon, or the like. In particular, a Si single crystal substrate is preferable because it is inexpensive and has high compatibility with semiconductor elements. By using a single crystal substrate, it is possible to form a ferroelectric layer having a uniform crystal orientation, specifically, a single orientation film, preferably an epitaxial film. A ferroelectric layer with a uniform crystal orientation has better surface properties than a polycrystalline ferroelectric layer, and can increase the remanent polarization value and prevent uneven polarization due to the influence of crystal grain boundaries. As a result, excellent ferroelectric characteristics can be obtained, so that it is suitable as a ferroelectric layer of a recording medium.
【００４９】単一配向膜、好ましくはエピタキシャル膜
は、基板の結晶格子の配列情報に従い薄膜が成長して実
現されるものであるから、本発明では単結晶基板として
Si(100) 面またはSi(111) 面を表面に有するものを用い
ることが好ましい。Since a single orientation film, preferably an epitaxial film, is realized by growing a thin film according to the arrangement information of the crystal lattice of the substrate, the present invention uses a single crystal substrate as a single crystal substrate.
It is preferable to use one having a Si (100) plane or a Si (111) plane on the surface.
【００５０】＜強誘電体層＞強誘電体材料 強誘電体層に用いる材料は特に限定されず、強誘電性を
有するものから適宜選択すればよいが、例えば以下の材
料が好適である。<Ferroelectric Layer> Ferroelectric Material The material used for the ferroelectric layer is not particularly limited, and may be appropriately selected from those having ferroelectricity. For example, the following materials are suitable.
【００５１】(A) ペロブスカイト型材料：ＢａＴｉＯ
3 ；ＰｂＴｉＯ3 、希土類元素含有チタン酸鉛、ＰＺＴ
（ジルコンチタン酸鉛）、ＰＬＺＴ（ジルコンチタン酸
ランタン鉛）等のＰｂ系ペロブスカイト化合物；Ｂｉ系
ペロブスカイト化合物など。以上のような単純、複合、
層状の各種ペロブスカイト化合物。(A) Perovskite type material: BaTiO
3 ; PbTiO 3 , rare earth element-containing lead titanate, PZT
Pb-based perovskite compounds such as (lead zircon titanate) and PLZT (lead lanthanum zircon titanate); Bi-based perovskite compounds. Simple, compound,
Various layered perovskite compounds.
【００５２】(B) タングステンブロンズ型材料： SBN
（ニオブ酸ストロンチウムバリウム）、PBN （ニオブ酸
鉛バリウム）等のタングステンブロンズ型酸化物など。(B) Tungsten bronze type material: SBN
(Strontium barium niobate), tungsten bronze type oxides such as PBN (lead barium niobate).
【００５３】(C) YMnO3 系材料：希土類元素（Ｓｃおよ
びＹを含む）とＭｎとＯとを含み、六方晶系YMnO3 構造
をもつ酸化物など。例えば、YMnO3 、HoMnO3等。(C) YMnO 3 -based materials: oxides containing a rare earth element (including Sc and Y), Mn and O, and having a hexagonal YMnO 3 structure. For example, YMnO 3 , HoMnO 3 and the like.
【００５４】以下、これらの強誘電体材料について説明
する。Hereinafter, these ferroelectric materials will be described.
【００５５】(A) ペロブスカイト型材料のうち、ＢａＴ
ｉＯ3 や鉛系ペロブスカイト化合物などは、一般に化学
式ＡＢＯ3 で表される。ここで、ＡおよびＢは各々陽イ
オンを表す。ＡはＣａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｋ、Ｎａ、
Ｌｉ、ＬａおよびＣｄから選ばれた１種以上であること
が好ましく、ＢはＴｉ、Ｚｒ、ＴａおよびＮｂから選ば
れた１種以上であることが好ましい。(A) Of the perovskite-type materials, BaT
iO 3 and lead-based perovskite compounds are generally represented by the chemical formula ABO 3 . Here, A and B each represent a cation. A is Ca, Ba, Sr, Pb, K, Na,
B is preferably at least one selected from Ti, Zr, Ta and Nb, and is preferably at least one selected from Li, La and Cd.
【００５６】こうしたペロブスカイト型化合物における
比率Ａ／Ｂは、好ましくは０．８〜１．３であり、より
好ましくは０．９〜１．２である。The ratio A / B in such a perovskite compound is preferably 0.8 to 1.3, and more preferably 0.9 to 1.2.
【００５７】Ａ／Ｂをこのような範囲にすることによっ
て、誘電体の絶縁性を確保することができ、また結晶性
を改善することが可能になるため、誘電体特性または強
誘電特性を改善することができる。これに対し、Ａ／Ｂ
が０．８未満では結晶性の改善効果が望めなくなり、ま
たＡ／Ｂが１．３をこえると均質な薄膜の形成が困難に
なってしまう。By setting the A / B in such a range, the insulating properties of the dielectric can be ensured and the crystallinity can be improved, so that the dielectric or ferroelectric properties can be improved. can do. In contrast, A / B
If it is less than 0.8, the effect of improving the crystallinity cannot be expected, and if A / B exceeds 1.3, it becomes difficult to form a uniform thin film.
【００５８】このようなＡ／Ｂは、成膜条件を制御する
ことによって実現する。また、ＡＢＯ3 におけるＯの比
率は、３に限定されるものではない。ペロブスカイト材
料によっては、酸素欠陥または酸素過剰で安定したペロ
ブスカイト構造を組むものがあるので、ＡＢＯX におい
て、ｘの値は、通常、２．７〜３．３程度である。な
お、Ａ／Ｂは、蛍光Ｘ線分析法から求めることができ
る。Such A / B is realized by controlling film forming conditions. The ratio of O in ABO 3 is not limited to 3. Since some perovskite materials form a stable perovskite structure due to oxygen deficiency or excess oxygen, the value of x in ABO X is usually about 2.7 to 3.3. In addition, A / B can be determined by X-ray fluorescence analysis.
【００５９】本発明で用いるＡＢＯ3 型のペロブスカイ
ト化合物としては、Ａ1+Ｂ5+Ｏ3 、Ａ2+Ｂ4+Ｏ3 、Ａ3+
Ｂ3+Ｏ3 、ＡX ＢＯ3 、Ａ（Ｂ′0.67Ｂ″0.33）Ｏ3 、
Ａ（Ｂ′0.33Ｂ″0.67）Ｏ3 、Ａ（Ｂ0.5 +3 Ｂ0.5 +5 ）
Ｏ3 、Ａ（Ｂ0.5 2+ Ｂ0.5 6 + ）Ｏ3 、Ａ（Ｂ0.5 1+ Ｂ
0.5 7+ ）Ｏ3 、Ａ3+（Ｂ0.5 2+ Ｂ0.5 4+ ）Ｏ3 、Ａ（Ｂ
0.25 1+Ｂ0.75 5+）Ｏ3 、Ａ（Ｂ0.5 3+ Ｂ0.5 4+ ）
Ｏ2.75、Ａ（Ｂ0.5 2+ Ｂ0.5 5 + ）Ｏ2.75等のいずれであ
ってもよい。The ABO 3 type perovskite compound used in the present invention includes A 1+ B 5+ O 3 , A 2+ B 4+ O 3 , A 3+
B 3+ O 3 , A X BO 3 , A (B ′ 0.67 B ″ 0.33 ) O 3 ,
A (B ' 0.33 B " 0.67 ) O 3 , A (B 0.5 +3 B 0.5 +5 )
O 3 , A (B 0.5 2+ B 0.5 6 + ) O 3 , A (B 0.5 1+ B
0.5 7+ ) O 3 , A 3+ (B 0.5 2+ B 0.5 4+ ) O 3 , A (B
0.25 1+ B 0.75 5+ ) O 3 , A (B 0.5 3+ B 0.5 4+ )
O 2.75, may be any of such A (B 0.5 2+ B 0.5 5 +) O 2.75.
【００６０】具体的には、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ等のＰｂ系
ペロブスカイト化合物、ＣａＴｉＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、
ＰｂＴｉＯ3 、ＫＴａＯ3 、ＢｉＦｅＯ3 、ＮａＴａＯ
3 、ＳｒＴｉＯ3 、ＣｄＴｉＯ3 、ＫＮｂＯ3 、ＬｉＮ
ｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 、およびこれらの固溶体等であ
る。Specifically, Pb-based perovskite compounds such as PZT and PLZT, CaTiO 3 , BaTiO 3 ,
PbTiO 3 , KTaO 3 , BiFeO 3 , NaTaO
3 , SrTiO 3 , CdTiO 3 , KNbO 3 , LiN
bO 3 , LiTaO 3 , and solid solutions thereof.
【００６１】なお、上記ＰＺＴは、ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ
ＴｉＯ3 系の固溶体である。また、上記ＰＬＺＴは、Ｐ
ＺＴにＬａがドープされた化合物であり、ＡＢＯ3 の表
記に従えば、（Ｐｂ0.89〜0.91Ｌａ0.11〜0.09）（Ｚｒ
0.65Ｔｉ0.35）Ｏ3 で示される。The above PZT is PbZrO 3 -Pb
It is a TiO 3 -based solid solution. The PLZT is P
A compound La doped to ZT, according to the notation of ABO 3, (Pb 0.89 ~ 0.91 La 0.11 ~ 0.09) (Zr
0.65 Ti 0.35 ) O 3 .
【００６２】また、層状ペロブスカイト化合物のうちＢ
ｉ系層状化合物は、一般に 式 Ｂｉ2 Ａm-1 Ｂm Ｏ3m+3 で表わされる。上記式において、ｍは１〜５の整数、Ａ
は、Ｂｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋおよび希
土類元素（ＳｃおよびＹを含む）のいずれかであり、Ｂ
は、Ｔｉ、ＴａおよびＮｂのいずれかである。具体的に
は、Ｂｉ4 Ｔｉ3Ｏ12、ＳｒＢｉ2 Ｔａ2 Ｏ9 、ＳｒＢ
ｉ2 Ｎｂ2 Ｏ9 などが挙げられる。本発明では、これら
の化合物のいずれを用いてもよく、これらの固溶体を用
いてもよい。In the layered perovskite compound, B
i based layered compounds are generally represented by the formula Bi 2 A m-1 B m O 3m + 3. In the above formula, m is an integer of 1 to 5, A
Is any of Bi, Ca, Sr, Ba, Pb, Na, K and rare earth elements (including Sc and Y);
Is any of Ti, Ta and Nb. Specifically, Bi 4 Ti 3 O 12 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , SrB
i 2 Nb 2 O 9 and the like. In the present invention, any of these compounds may be used, or a solid solution thereof may be used.
【００６３】本発明に用いることが好ましいペロブスカ
イト型化合物は、チタン酸塩ないしチタン酸塩含有ペロ
ブスカイト型化合物、例えばＢａＴｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ
3 、ＰＬＺＴ、ＰＺＴ、ＣａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、
希土類元素含有チタン酸鉛等であり、より好ましいもの
はＢａＴｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、ＰＺＴ、希土類元素含
有チタン酸鉛であり、特に好ましいものは、Ｒ（Ｒは、
Ｐｒ、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｙ、Ｓ
ｍ、Ｇｄ、ＥｒおよびＬａから選択された少なくとも１
種の希土類元素）、Ｐｂ、ＴｉならびにＯを含有する希
土類元素含有チタン酸鉛であって、原子比率が （Ｐｂ＋Ｒ）／Ｔｉ＝０．８〜１．３、 Ｐｂ／（Ｐｂ＋Ｒ）＝０．５〜０．９９ の範囲にあるものである。このような希土類元素含有チ
タン酸鉛は、特願平８−１８６６２５号に開示されてい
る。The perovskite compound preferably used in the present invention is a titanate or a titanate-containing perovskite compound such as BaTiO 3 or SrTiO.
3 , PLZT, PZT, CaTiO 3 , PbTiO 3 ,
Rare earth element-containing lead titanate and the like are more preferable, and BaTiO 3 , SrTiO 3 , PZT, and rare earth element-containing lead titanate are particularly preferable.
Pr, Nd, Eu, Tb, Dy, Ho, Yb, Y, S
at least one selected from m, Gd, Er and La
A rare earth element), Pb, Ti and O-containing rare earth element-containing lead titanate, wherein the atomic ratio is (Pb + R) /Ti=0.8-1.3, Pb / (Pb + R) = 0.5 ０．９0.99. Such a rare earth element-containing lead titanate is disclosed in Japanese Patent Application No. 8-186625.
【００６４】(B) タングステンブロンズ型材料として
は、強誘電体材料集のLandoit-Borenstein Vol. 16記載
のタングステンブロンズ型材料が好ましい。具体的に
は、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｎｂ2 Ｏ6 、（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｂ2
Ｏ6 、ＰｂＮｂ2 Ｏ6 、ＰｂＴａ2 Ｏ6 、ＢａＴａ2 Ｏ
6 、ＰｂＮｂ4 Ｏ11、ＰｂＮｂ2 Ｏ6 、ＳｒＮｂ2 Ｏ
6 、ＢａＮｂ2 Ｏ6 等やこれらの固溶体が好ましく、特
に、ＳＢＮ｛（Ｂａ，Ｓｒ）Ｎｂ2 Ｏ6 ｝やＰＢＮ
｛（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｂ2 Ｏ6 ｝、が好ましい。(B) As the tungsten bronze type material, a tungsten bronze type material described in Landoit-Borenstein Vol. 16 in the collection of ferroelectric materials is preferable. Specifically, (Ba, Sr) Nb 2 O 6 , (Ba, Pb) Nb 2
O 6 , PbNb 2 O 6 , PbTa 2 O 6 , BaTa 2 O
6 , PbNb 4 O 11 , PbNb 2 O 6 , SrNb 2 O
6 , BaNb 2 O 6 and the like and solid solutions thereof are preferable, and in particular, SBN {(Ba, Sr) Nb 2 O 6 } or PBN
{(Ba, Pb) Nb 2 O 6 } is preferred.
【００６５】(C) ＹＭｎＯ3 系材料は、化学式ＲＭｎＯ
3 で表せる。Ｒは希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）か
ら選ばれた１種以上であることが好ましい。ＹＭｎＯ3
系材料における比率Ｒ／Ｍｎは、好ましくは０．８〜
１．２であり、より好ましくは０．９〜１．１である。
このような範囲にすることにより、絶縁性を確保するこ
とができ、また結晶性を改善することが可能になるた
め、強誘電特性を改善することができる。これに対し、
比率Ｒ／Ｍｎが０．８未満、１．２をこえる範囲では、
結晶性が低下する傾向がある。また特に、比率Ｒ／Ｍｎ
が１．２をこえる範囲では、強誘電性が得られず、常誘
電的特性になる傾向があり、分極を利用した素子への応
用が不可能になってくることがある。このようなＲ／Ｍ
ｎは、成膜条件を制御することによって実現する。な
お、Ｒ／Ｍｎは、蛍光Ｘ線分析法から求めることができ
る。ＹＭｎＯ3 系材料の誘電率は、バルクで１０〜５０
程度、薄膜で１０〜１００程度である。(C) The YMnO 3 -based material has the chemical formula RMnO
It can be expressed by 3 . R is preferably at least one selected from rare earth elements (including Sc and Y). YMnO 3
The ratio R / Mn in the system material is preferably from 0.8 to
1.2, and more preferably 0.9 to 1.1.
With such a range, the insulating property can be ensured, and the crystallinity can be improved. Therefore, the ferroelectric characteristics can be improved. In contrast,
When the ratio R / Mn is less than 0.8 and more than 1.2,
Crystallinity tends to decrease. In particular, the ratio R / Mn
When the ratio exceeds 1.2, ferroelectricity cannot be obtained, and there is a tendency to have paraelectric characteristics, so that application to a device using polarization may become impossible. Such R / M
n is realized by controlling the film forming conditions. In addition, R / Mn can be determined by X-ray fluorescence analysis. The dielectric constant of the YMnO 3 based material is 10 to 50 in bulk.
About 10 to 100 for thin films.
【００６６】本発明に用いることが好ましいＹＭｎＯ3
系材料は、結晶構造が六方晶系のものである。ＹＭｎＯ
3 系材料は、六方晶系の結晶構造を持つものと斜方晶系
の結晶構造を持つものとが存在する。強誘電性を得るた
めには、六方晶系の結晶材料とする必要がある。具体的
には、組成が実質的にＹＭｎＯ3 、ＨｏＭｎＯ3 、Ｅｒ
ＭｎＯ3 、ＹｂＭｎＯ3 、ＴｍＭｎＯ3 、ＬｕＭｎＯ3
であるものか、これらの固溶体などである。YMnO 3 preferably used in the present invention
The system material has a hexagonal crystal structure. YMnO
The three- system materials include those having a hexagonal crystal structure and those having an orthorhombic crystal structure. To obtain ferroelectricity, it is necessary to use a hexagonal crystal material. Specifically, the composition is substantially YMnO 3 , HoMnO 3 , Er
MnO 3 , YbMnO 3 , TmMnO 3 , LuMnO 3
Or a solid solution of these.
【００６７】結晶配向 強誘電体層は、結晶軸が単一配向した膜であり、特に、
分極軸が基板面と垂直方向に配向した結晶化膜であるこ
とが望ましい。ペロブスカイト型材料を用いる場合、強
誘電体としての特性が良好になることから、（００１）
単一配向膜であることが好ましく、特にそのエピタキシ
ャル膜であることが好ましい。また、タングステンブロ
ンズ型材料を用いる場合、（００１）単一配向膜、特に
そのエピタキシャル膜であることが好ましい。また、六
方晶ＹＭｎＯ3 系材料を用いる場合、（０００１）単一
配向膜、特にそのエピタキシャル膜であることが好まし
い。The crystal orientation ferroelectric layer is a film in which the crystal axis is unidirectionally oriented.
It is desirable that the crystallized film has a polarization axis oriented perpendicular to the substrate surface. When a perovskite-type material is used, (001)
It is preferably a single orientation film, and particularly preferably an epitaxial film thereof. When a tungsten bronze type material is used, it is preferably a (001) single orientation film, particularly an epitaxial film thereof. When a hexagonal YMnO 3 material is used, it is preferably a (0001) single orientation film, particularly an epitaxial film thereof.
【００６８】ペロブスカイト型材料から構成される強誘
電体層は、Ｓｉ（１００）基板の表面に形成することが
好ましい。この場合の強誘電体層とＳｉ基板との好まし
い結晶軸方位関係は、以下の通りである。なお、Ｓｉは
立方晶である。強誘電体層が（００１）単一配向である
場合、強誘電体［１００］//Ｓｉ［０１０］である。す
なわち、強誘電体層とＳｉ基板とは、面内に存在する軸
同士も平行であることが好ましい。The ferroelectric layer composed of a perovskite type material is preferably formed on the surface of a Si (100) substrate. In this case, a preferred crystal axis orientation relationship between the ferroelectric layer and the Si substrate is as follows. Note that Si is cubic. When the ferroelectric layer has a (001) single orientation, it is ferroelectric [100] // Si [010]. That is, it is preferable that the axes present in the plane of the ferroelectric layer and the Si substrate are also parallel to each other.
【００６９】タングステンブロンズ型材料から構成され
る強誘電体層も、Ｓｉ（１００）基板の表面に形成する
ことが好ましい。この場合の強誘電体層とＳｉ基板との
好ましい結晶軸方位関係は、強誘電体［１００］//Ｓｉ
［０１０］である。A ferroelectric layer made of a tungsten bronze type material is also preferably formed on the surface of the Si (100) substrate. In this case, a preferable crystal axis orientation relationship between the ferroelectric layer and the Si substrate is a ferroelectric [100] // Si
[010].
【００７０】六方晶ＹＭｎＯ3 系材料から構成される
（０００１）配向の強誘電体層は、Ｓｉ（１１１）基板
の表面に形成することが好ましい。ただし、後述するよ
うに（１１１）配向の酸化物中間層や（１１１）配向の
電極層を設ければ、Ｓｉ（１００）基板上に（０００
１）配向の六方晶ＹＭｎＯ3 系強誘電体層を形成するこ
とができる。The (0001) -oriented ferroelectric layer composed of a hexagonal YMnO 3 -based material is preferably formed on the surface of a Si (111) substrate. However, if an oxide intermediate layer of (111) orientation or an electrode layer of (111) orientation is provided as described later, (000) is formed on the Si (100) substrate.
1) An oriented hexagonal YMnO 3 -based ferroelectric layer can be formed.
【００７１】なお、本明細書における単一配向膜とは、
基板表面と平行に目的とする結晶面がそろっている結晶
化膜のことを意味する。具体的には、例えば、（００
１）単一配向膜、すなわちｃ面単一配向膜は、膜の２θ
−θＸ線回折（ＸＲＤ）で（００Ｌ）面以外の反射強度
が、（００Ｌ）面反射の最大ピーク強度の１０％以下、
好ましくは５％以下のものである。なお、本明細書にお
いて（００Ｌ）は、（００１）や（００２）などの等価
な面を総称する表示であり、（Ｌ００）や（ＬＬＬ）な
どについても同様である。The single alignment film in the present specification refers to
It means a crystallized film in which the target crystal planes are aligned in parallel with the substrate surface. Specifically, for example, (00
1) A single alignment film, that is, a c-plane single alignment film,
-Θ X-ray diffraction (XRD) is such that the reflection intensity other than the (00L) plane is 10% or less of the maximum peak intensity of the (00L) plane reflection;
It is preferably at most 5%. In this specification, (00L) is a generic term for equivalent surfaces such as (001) and (002), and the same applies to (L00) and (LLL).
【００７２】また、本明細書においてエピタキシャル膜
とは、膜面内をＸ−Ｙ面とし、膜厚方向をＺ軸としたと
き、結晶がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向にともにそろって
配向しているものである。具体的には、第一に、Ｘ線回
折による測定を行ったとき、目的とする面以外のものの
反射のピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の１
０％以下、好ましくは５％以下である必要がある。例え
ば、（００１）エピタキシャル膜、すなわちｃ面エピタ
キシャル膜では、膜の２θ−θＸ線回折で（００Ｌ）面
以外のピーク強度が、（００Ｌ）面の最大ピーク強度の
１０％以下、好ましくは５％以下である。第二に、ＲＨ
ＥＥＤ評価でスポットまたはストリークパターンを示す
必要がある。これらの条件を満足すれば、エピタキシャ
ル膜といえる。なお、ＲＨＥＥＤとは、反射高速電子線
回折（Reflction High Energy Electron Diffraction）
であり、ＲＨＥＥＤ評価は、膜面内における結晶軸の配
向の指標である。In this specification, the term “epitaxial film” means that the crystal is aligned along the X-axis, Y-axis and Z-axis directions when the film plane is the XY plane and the film thickness direction is the Z-axis. Is what you are doing. Specifically, first, when measurement is performed by X-ray diffraction, the peak intensity of the reflection of an object other than the target surface is one of the maximum peak intensity of the target surface.
It must be 0% or less, preferably 5% or less. For example, in a (001) epitaxial film, that is, a c-plane epitaxial film, the peak intensity of the film other than the (00L) plane in the 2θ-θ X-ray diffraction is 10% or less, preferably 5% of the maximum peak intensity of the (00L) plane. It is as follows. Second, RH
It is necessary to show spot or streak patterns in EED evaluation. If these conditions are satisfied, it can be said that the film is an epitaxial film. RHEED stands for Reflection High Energy Electron Diffraction.
The RHEED evaluation is an index of the orientation of the crystal axis in the film plane.
【００７３】＜酸化物中間層＞強誘電体層をペロブスカ
イト型材料、タングステンブロンズ型材料またはＹＭｎ
Ｏ3 系材料から構成する場合、強誘電体層と基板との間
には、以下に説明する酸化物中間層を設けることが好ま
しい。なお、酸化物中間層は、絶縁体としても機能す
る。<Oxide Intermediate Layer> The ferroelectric layer is made of a perovskite type material, a tungsten bronze type material or YMn.
When composed of an O 3 -based material, it is preferable to provide an oxide intermediate layer described below between the ferroelectric layer and the substrate. Note that the oxide intermediate layer also functions as an insulator.
【００７４】強誘電体層がペロブスカイト型材料または
タングステンブロンズ型材料から構成される場合、酸化
物中間層は、下記酸化ジルコニウム系層からなるか、さ
らに下記希土類酸化物系層または下記ペロブスカイト下
地層を含むか、下記希土類酸化物系層および下記ペロブ
スカイト下地層の両方を含むことが好ましい。積層順序
は、酸化ジルコニウム系層→強誘電体層であるか、酸化
ジルコニウム系層→希土類酸化物系層→強誘電体層であ
るか、酸化ジルコニウム系層→ペロブスカイト下地層→
強誘電体層であるか、酸化ジルコニウム系層→希土類酸
化物系層→ペロブスカイト下地層→強誘電体層である。When the ferroelectric layer is made of a perovskite-type material or a tungsten bronze-type material, the oxide intermediate layer is made of the following zirconium oxide-based layer, or is further made of the following rare earth oxide-based layer or the following perovskite underlayer. It is preferable to include both the following rare earth oxide-based layer and the following perovskite underlayer. The lamination order is zirconium oxide-based layer → ferroelectric layer, zirconium oxide-based layer → rare earth oxide-based layer → ferroelectric layer, zirconium oxide-based layer → perovskite underlayer →
It is a ferroelectric layer or a zirconium oxide based layer → a rare earth oxide based layer → a perovskite underlayer → a ferroelectric layer.
【００７５】強誘電体層がＹＭｎＯ3 系材料から構成さ
れる場合、酸化物中間層は酸化ジルコニウム系層または
希土類酸化物系層から構成されることが好ましい。When the ferroelectric layer is composed of a YMnO 3 -based material, the oxide intermediate layer is preferably composed of a zirconium oxide-based layer or a rare earth oxide-based layer.
【００７６】酸化ジルコニウム系層 酸化ジルコニウム系層は、酸化ジルコニウムを主成分と
するか、希土類元素（ＳｃおよびＹを含む）により安定
化された酸化ジルコニウム（安定化ジルコニア）を主成
分とする。この層を設けることにより、その上に設けら
れる電極層や強誘電体層の剥離を防止できる。また、こ
の層は、強誘電体との格子整合性がよいため、結晶性の
高い強誘電体層が得られる。 Zirconium Oxide-Based Layer The zirconium oxide-based layer contains zirconium oxide as a main component or zirconium oxide stabilized by a rare earth element (including Sc and Y) (stabilized zirconia). By providing this layer, separation of the electrode layer and the ferroelectric layer provided thereon can be prevented. Further, since this layer has good lattice matching with the ferroelectric, a ferroelectric layer having high crystallinity can be obtained.
【００７７】酸化ジルコニウムおよび安定化ジルコニア
は、Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δ（ＲはＳｃおよびＹを含む希土
類元素である）で表わされる組成のものが好ましい。ｘ
およびδについては、後述する。Ｒとしては、Ｙ、Ｐ
ｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒか
ら選択される少なくとも１種であることが好ましい。The zirconium oxide and stabilized zirconia preferably have a composition represented by Zr 1-x R x O 2- δ (R is a rare earth element containing Sc and Y). x
And δ will be described later. R is Y, P
It is preferably at least one selected from r, Ce, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho and Er.
【００７８】酸化ジルコニウム系層は、単一の結晶配向
を有していることが望ましい。これは、複数の結晶面を
有する層においては粒界が存在するため、その上の電極
層や強誘電体層のエピタキシャル成長が不可能になるた
めである。具体的には、（００１）配向の電極層や強誘
電体層を形成しようとする場合、酸化ジルコニウム系層
は、正方晶または単斜晶の（００１）単一配向である
か、立方晶の（１００）単一配向であることが好まし
く、また、（１１１）配向の電極層や（０００１）配向
の強誘電体層を形成しようとする場合、酸化ジルコニウ
ム系層は（１１１）単一配向であることが好ましく、い
ずれの場合でもエピタキシャル膜であることがより好ま
しい。このような良好な結晶性の酸化ジルコニウム系層
が形成できれば、粒界による物理量の攪乱等がなくな
り、酸化ジルコニウム系層上に良質の電極層や強誘電体
層が得られる。The zirconium oxide-based layer preferably has a single crystal orientation. This is because, in a layer having a plurality of crystal planes, a grain boundary is present, so that an epitaxial growth of an electrode layer and a ferroelectric layer thereon becomes impossible. Specifically, when an electrode layer or a ferroelectric layer having a (001) orientation is to be formed, the zirconium oxide-based layer has a tetragonal or monoclinic (001) single orientation or a cubic crystal. The (100) single orientation is preferable, and when an electrode layer of (111) orientation or a ferroelectric layer of (0001) orientation is to be formed, the zirconium oxide-based layer has a (111) single orientation. Preferably, the film is an epitaxial film in any case. If such a crystalline zirconium oxide-based layer having good crystallinity can be formed, disturbance of physical quantities due to grain boundaries is eliminated, and a high-quality electrode layer or ferroelectric layer can be obtained on the zirconium oxide-based layer.
【００７９】Ｓｉ（１００）基板表面に、酸化物中間層
（Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δ）が積層されているとき、これら
の結晶方位関係は、Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δ（００１）//Ｓ
ｉ（１００）であることが好ましい。When the oxide intermediate layer (Zr 1 -x R x O 2 -δ) is laminated on the surface of the Si (100) substrate, the crystal orientation relationship of these layers is Zr 1 -x R x O 2- δ (001) // S
i (100) is preferred.
【００８０】また、Ｓｉ（１１１）基板表面に、酸化物
中間層（Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δ）が積層されているとき、
これらの結晶方位関係は、Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δ（１１
１）//Ｓｉ（１１１）であることが好ましい。When an oxide intermediate layer (Zr 1 -x R x O 2 -δ) is laminated on the surface of the Si (111) substrate,
These crystal orientation relationships are expressed as Zr 1 -x R x O 2 -δ (11
1) It is preferably /// Si (111).
【００８１】ＺｒＯ2 は高温から室温にかけて立方晶→
正方晶→単斜晶と相転移を生じる。立方晶を安定化する
ために希土類元素を添加したものが、安定化ジルコニア
である。Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δ膜の結晶性はｘの範囲に依
存する。Jpn . J. Appl. Phys. 27 (8)L1404-L1405 (1
988)に報告されているように、ｘが０．２未満である組
成域では正方晶または単斜晶の結晶になる。これまで、
ｘが０．２以上の立方晶領域では単一配向のエピタキシ
ャル膜が得られている。ただし、ｘが０．７５を超える
領域では、立方晶ではあるが、例えば（１００）単一配
向は得られず、（１１１）配向の結晶が混入する。一
方、正方晶または単斜晶となる領域では、J. Appl. Phy
s. 58 (6) 2407-2409 (1985)にも述べられているよう
に、得ようとするもの以外の配向面が混入し、単一配向
のエピタキシャル膜は得られていない。ZrO 2 is cubic from high temperature to room temperature.
A phase transition occurs from tetragonal to monoclinic. Stabilized zirconia is obtained by adding a rare earth element to stabilize a cubic crystal. The crystallinity of the Zr 1 -x R x O 2 -δ film depends on the range of x. Jpn. J. Appl. Phys. 27 (8) L1404-L1405 (1
As reported in 988), in the composition range where x is less than 0.2, the crystal becomes tetragonal or monoclinic. Until now,
In the cubic region where x is 0.2 or more, an epitaxial film having a single orientation is obtained. However, in a region where x exceeds 0.75, although a cubic crystal is formed, for example, a (100) single orientation cannot be obtained, and a (111) oriented crystal is mixed. On the other hand, in the tetragonal or monoclinic region, J. Appl.
As described in s. 58 (6) 2407-2409 (1985), an orientation plane other than the one to be obtained is mixed, and a single orientation epitaxial film has not been obtained.
【００８２】したがって、立方晶（１００）単一配向と
するためには、Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δにおいてｘは０．２
〜０．７５であることが好ましい。この場合のｘのより
好ましい範囲は、０．２〜０．５０である。酸化ジルコ
ニウム系層がエピタキシャル膜であれば、その上に形成
される電極層や強誘電体層をエピタキシャル成長させや
すい。一方、（１１１）基板を用いて（１１１）単一配
向とする場合には、ｘは０．７５超であってよい。な
お、ｘが１のときは、後述する希土類酸化物層となる。Therefore, in order to obtain a cubic (100) single orientation, in Zr 1 -x R x O 2 -δ, x is 0.2
０．７0.75 is preferred. The more preferable range of x in this case is 0.2 to 0.50. If the zirconium oxide-based layer is an epitaxial film, an electrode layer and a ferroelectric layer formed thereon can be easily grown epitaxially. On the other hand, when a (111) substrate is used and a (111) single orientation is used, x may be more than 0.75. When x is 1, it becomes a rare earth oxide layer described later.
【００８３】安定化ジルコニアが含む希土類元素は、Ｓ
ｉ基板の格子定数および酸化ジルコニウム系層上に設け
られる層の格子定数と、酸化ジルコニウム系層の格子定
数とを好ましくマッチングさせるために、その種類およ
び添加量が選択される。希土類元素の種類を固定したま
まｘを変更すれば格子定数を変えることができるが、ｘ
だけの変更ではマッチングの調整可能領域が狭い。ここ
で、例えばＹに替えてＰｒを用いると、格子定数を大き
くすることが可能であり、マッチングの最適化が容易と
なる。The rare earth element contained in the stabilized zirconia is S
In order to preferably match the lattice constant of the i-substrate and the lattice constant of the layer provided on the zirconium oxide-based layer with the lattice constant of the zirconium oxide-based layer, the type and the amount of addition are selected. The lattice constant can be changed by changing x while fixing the type of rare earth element.
With only the change, the adjustable region of matching is narrow. Here, for example, when Pr is used instead of Y, the lattice constant can be increased, and the optimization of the matching is facilitated.
【００８４】なお、酸素欠陥を含まない酸化ジルコニウ
ムは、化学式ＺｒＯ2 で表わされるが、希土類元素を添
加した酸化ジルコニウムは、添加した希土類元素の種
類、量および価数により酸素の量が変化し、Ｚｒ1-x Ｒ
x Ｏ2-δにおけるδは、通常、０〜０．５となる。Zirconium oxide containing no oxygen vacancy is represented by the chemical formula ZrO 2. Zirconium oxide to which a rare earth element is added changes the amount of oxygen depending on the type, amount and valence of the added rare earth element. Zr 1-x R
[delta] in x O 2-[delta] will typically be 0 to 0.5.
【００８５】Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δにおいてｘが０．２未
満である領域、特に、酸素を除く構成元素中におけるＺ
ｒの比率が９３mol%を超える高純度の組成域では、上述
したように結晶性が良好とはならず、また、良好な表面
性も得られていなかった。しかし、本発明者らが検討を
重ねた結果、後述する製造方法を適用することにより、
上記した単一配向、さらにはエピタキシャル成長が可能
となり、表面性も良好な値が得られることがわかった。
高純度のＺｒＯ2 膜は、絶縁抵抗が高くなり、リーク電
流が小さくなることから、絶縁特性を必要とする場合に
は好ましい。In a region where x is less than 0.2 in Zr 1 -x R x O 2 -δ, Zr in a constituent element except oxygen is particularly preferable.
In a high-purity composition region in which the ratio of r exceeds 93 mol%, as described above, the crystallinity was not good, and good surface properties were not obtained. However, as a result of repeated studies by the present inventors, by applying the manufacturing method described below,
It was found that the above-described single orientation and further epitaxial growth were possible, and that good surface properties were obtained.
A high-purity ZrO 2 film is preferable when an insulating property is required because the insulation resistance is increased and the leak current is reduced.
【００８６】したがって、良好な結晶性および表面性が
得られる場合には、酸化ジルコニウム系層中の酸素を除
く構成元素中におけるＺｒの比率は、好ましくは９３mo
l%超、より好ましくは９５mol%以上、さらに好ましくは
９８mol%以上、最も好ましくは９９．５mol%以上であ
る。酸素およびＺｒを除く構成元素は、通常、希土類元
素やＰなどである。なお、Ｚｒの比率の上限は、現在の
ところ９９．９９mol%程度である。また、現在の高純度
化技術ではＺｒＯ2 とＨｆＯ2 との分離は難しいので、
ＺｒＯ2 の純度は、通常、Ｚｒ＋Ｈｆでの純度を指して
いる。したがって、本明細書におけるＺｒＯ2 の純度
は、ＨｆとＺｒとを同元素とみなして算出された値であ
るが、ＨｆＯ2 は本発明における酸化ジルコニウム系層
においてＺｒＯ2 と全く同様に機能するため、問題はな
い。Therefore, when good crystallinity and surface properties can be obtained, the ratio of Zr in the constituent elements excluding oxygen in the zirconium oxide-based layer is preferably 93 mol.
It is more than 1%, more preferably at least 95 mol%, further preferably at least 98 mol%, most preferably at least 99.5 mol%. The constituent elements other than oxygen and Zr are usually rare earth elements and P. The upper limit of the Zr ratio is about 99.99 mol% at present. Also, it is difficult to separate ZrO 2 and HfO 2 with the current high-purity technology,
The purity of ZrO 2 usually refers to the purity at Zr + Hf. Therefore, the purity of ZrO 2 in the present specification is a value calculated by assuming that Hf and Zr are the same element, but since HfO 2 functions in the zirconium oxide-based layer in the present invention in exactly the same manner as ZrO 2. ,No problem.
【００８７】なお、酸化物中間層を形成する場合、酸化
物中間層中の酸素がＳｉ等からなる基板の表面付近に拡
散し、基板表面付近が浅く（例えば５nm程度以下）酸化
されてＳｉＯ2 などの酸化層が形成されることがある。
また、成膜の方法によっては、酸化物中間層形成時にＳ
ｉ等の基板の表面にＳｉ酸化物層等が残留する場合があ
る。In the case of forming the oxide intermediate layer, oxygen in the oxide intermediate layer diffuses near the surface of the substrate made of Si or the like, and the vicinity of the substrate surface is oxidized shallow (for example, about 5 nm or less) to form SiO 2. An oxide layer such as this may be formed.
In addition, depending on the method of film formation, S
In some cases, an Si oxide layer or the like remains on the surface of the substrate such as i.
【００８８】希土類酸化物系層 希土類酸化物系層は、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎ
ｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、ＹｂおよびＬｕの少なくとも１種、特に、Ｃｅ、Ｐ
ｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＨｏおよびＥｒの少なく
とも１種を含有する希土類酸化物から実質的に構成され
ていることが好ましい。なお、２種以上の希土類元素を
用いるとき、その比率は任意である。 Rare Earth Oxide Layer The rare earth oxide layer is made of Sc, Y, La, Ce, Pr, N
d, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, T
at least one of m, Yb and Lu, especially Ce, P
It is preferable to be substantially composed of a rare earth oxide containing at least one of r, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho and Er. When two or more rare earth elements are used, the ratio is arbitrary.
【００８９】希土類酸化物系層は、基板の面配向によら
ず（１１１）配向を示す。すなわち、例えば、Ｓｉ（１
００）基板でもＳｉ（１１１）基板でも立方晶（１１
１）配向となる。このため、ＹＭｎＯ3 系材料から構成
される強誘電体層を形成する場合に好適である。The rare earth oxide-based layer shows a (111) orientation regardless of the plane orientation of the substrate. That is, for example, Si (1
00) substrate or Si (111) substrate, cubic (11
1) Orientation. Therefore, it is suitable for forming a ferroelectric layer composed of a YMnO 3 -based material.
【００９０】ただし、希土類酸化物系層を（００１）配
向の酸化ジルコニウム系層の上に形成した積層構造の場
合には、希土類酸化物系層は（００１）配向となるの
で、ペロブスカイト型材料またはタングステンブロンズ
型材料から構成される強誘電体層を形成する場合に好適
である。酸化物中間層として上記した安定化ジルコニア
を用いたときには、Ｃ−Ｖ特性にヒステリシスがみら
れ、この点においてＺｒＯ2 高純度膜に劣る。この場
合、酸化ジルコニウム系層上に希土類酸化物系層を積層
することにより、Ｃ−Ｖ特性のヒステリシスをなくすこ
とができる。また、希土類酸化物系層を積層することに
より、強誘電体層との間での格子整合のマッチングがよ
り良好となる。希土類酸化物系層が積層されている場
合、酸化ジルコニウム系層は、元素分布が均一な膜であ
ってもよく、膜厚方向に組成が変化する傾斜構造膜であ
ってもよい。傾斜構造膜とする場合、基板側から希土類
酸化物系層側にかけて、酸化ジルコニウム系層中の希土
類元素含有率を徐々または段階的に増大させると共に、
Ｚｒ含有率を徐々または段階的に減少させる。このよう
な傾斜構造膜とすることにより、酸化ジルコニウム系層
と希土類酸化物系層との間の格子のミスフィットが小さ
くなるか、あるいは存在しなくなり、希土類酸化物系層
を高結晶性のエピタキシャル膜とすることが容易とな
る。このような積層構造の場合、希土類酸化物系層に添
加する希土類元素は、酸化ジルコニウム系層に添加する
希土類元素と同一のものを用いることが好ましい。However, in the case of a laminated structure in which the rare earth oxide based layer is formed on the (001) oriented zirconium oxide based layer, the perovskite type material or the perovskite type material is used because the rare earth oxide based layer has the (001) orientation. It is suitable for forming a ferroelectric layer composed of a tungsten bronze type material. When the above-mentioned stabilized zirconia is used as the oxide intermediate layer, hysteresis is observed in the CV characteristics, and in this respect, the film is inferior to the ZrO 2 high-purity film. In this case, by laminating the rare earth oxide-based layer on the zirconium oxide-based layer, hysteresis of the CV characteristics can be eliminated. In addition, by stacking the rare earth oxide-based layers, the lattice matching with the ferroelectric layer is better matched. When a rare earth oxide-based layer is stacked, the zirconium oxide-based layer may be a film having a uniform element distribution or a gradient structure film whose composition changes in the thickness direction. In the case of a gradient structure film, the rare earth element content in the zirconium oxide-based layer is gradually or gradually increased from the substrate side to the rare earth oxide-based layer side,
The Zr content is reduced gradually or stepwise. With such a graded structure film, the lattice misfit between the zirconium oxide-based layer and the rare earth oxide-based layer is reduced or absent, and the rare-earth oxide-based layer is formed of a highly crystalline epitaxial layer. It becomes easy to form a film. In the case of such a laminated structure, it is preferable to use the same rare earth element as the rare earth element added to the rare earth oxide-based layer as the rare earth element added to the zirconium oxide-based layer.
【００９１】酸化ジルコニウム系層および希土類酸化物
系層には、特性改善のために添加物を導入してもよい。
例えば、これらの層にＣａやＭｇなどのアルカリ土類元
素をドーピングすると、膜のピンホールが減少し、リー
クを抑制することができる。また、ＡｌおよびＳｉは、
膜の抵抗率を向上させる効果がある。さらに、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷移金属元素は、膜中において不
純物による準位（トラップ準位）を形成することがで
き、この準位を利用することにより導電性の制御が可能
になる。Additives may be introduced into the zirconium oxide-based layer and the rare earth oxide-based layer to improve the characteristics.
For example, when these layers are doped with an alkaline earth element such as Ca or Mg, the number of pinholes in the film is reduced and leakage can be suppressed. Al and Si are
This has the effect of improving the resistivity of the film. Further, Mn, F
Transition metal elements such as e, Co, and Ni can form a level (trap level) due to impurities in the film, and the conductivity can be controlled by using this level.
【００９２】ペロブスカイト下地層 ペロブスカイト下地層は、強誘電体層の説明において述
べたＡＢＯ3 型のペロブスカイト型化合物から構成され
る。ペロブスカイト下地層は、ペロブスカイト型化合物
またはタングステンブロンズ型化合物からなる強誘電体
層の結晶性を高めるために、必要に応じて設けられる。
ペロブスカイト下地層の構成材料は、好ましくはＢａＴ
ｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 またはこれらの固溶体であり、よ
り好ましくはＢａＴｉＯ3 である。ペロブスカイト下地
層は、酸化ジルコニウム系層や希土類酸化物系層との間
の格子整合性が良好であって、かつ強誘電体層構成材料
とは異なる化合物から構成される。 Perovskite Underlayer The perovskite underlayer is composed of the ABO 3 type perovskite compound described in the description of the ferroelectric layer. The perovskite underlayer is provided as needed in order to enhance the crystallinity of the ferroelectric layer made of a perovskite compound or a tungsten bronze compound.
The constituent material of the perovskite underlayer is preferably BaT
iO 3 , SrTiO 3 or a solid solution thereof, more preferably BaTiO 3 . The perovskite underlayer has good lattice matching with a zirconium oxide-based layer or a rare earth oxide-based layer, and is made of a compound different from the ferroelectric layer constituent material.
【００９３】例えば、前述した希土類含有チタン酸鉛か
らなる強誘電体層を、酸化ジルコニウム系層または希土
類酸化物系層に接して形成する場合、前述した好ましい
結晶配向を有する強誘電体層を得ることは難しいが、Ｂ
ａＴｉＯ3 等からなるペロブスカイト下地層を介して希
土類含有チタン酸鉛の強誘電体層を形成することによ
り、目的とする結晶配向を実現することができる。For example, when the above-described ferroelectric layer made of rare earth-containing lead titanate is formed in contact with a zirconium oxide-based layer or a rare earth oxide-based layer, a ferroelectric layer having the above-described preferred crystal orientation is obtained. It is difficult, but B
By forming a ferroelectric layer of rare earth-containing lead titanate via a perovskite underlayer made of aTiO 3 or the like, a desired crystal orientation can be realized.
【００９４】また、図４に示す構成の記録媒体に設ける
電極層を、酸化ジルコニウム系層または希土類酸化物系
層に接して形成する場合も、後述するような正方晶（０
０１）配向または立方晶（１００）配向の電極層を得る
ことは難しいが、ＢａＴｉＯ3 等からなるペロブスカイ
ト下地層を介して電極層を形成することにより、目的と
する結晶配向を実現することができる。Also, when the electrode layer provided on the recording medium having the structure shown in FIG. 4 is formed in contact with a zirconium oxide-based layer or a rare earth oxide-based layer, a tetragonal (0
Although it is difficult to obtain an electrode layer having a 01) orientation or a cubic (100) orientation, a desired crystal orientation can be realized by forming the electrode layer via a perovskite underlayer made of BaTiO 3 or the like. .
【００９５】ペロブスカイト下地層は、正方晶であると
きは（００１）単一配向、すなわち基板表面と平行にｃ
面が単一に配向したものであることが好ましく、立方晶
であるときは（１００）単一配向、すなわち基板表面と
平行にａ面が単一に配向したものであることが好まし
く、いずれの場合でもエピタキシャル膜であることがよ
り好ましい。When the perovskite underlayer is tetragonal, the (001) single orientation, that is, c is parallel to the substrate surface.
It is preferable that the plane is unidirectionally oriented, and when it is cubic, it is preferable that the (100) unidirectional orientation, that is, the a-plane be unidirectionally oriented parallel to the substrate surface. Even in this case, an epitaxial film is more preferable.
【００９６】そして、酸化ジルコニウム系層とペロブス
カイト下地層との結晶方位関係は、ペロブスカイト(00
1)//Zr1-xRxO2- δ(001)//Si(100)、かつペロブスカイ
ト[100]//Zr1-xRxO2- δ[100]//Si[010]であることが好
ましい。なお、これは各層が正方晶の場合であるが、各
層が立方晶である場合でも、膜面内において軸同士が平
行であることが好ましいという点では同様である。The crystal orientation relationship between the zirconium oxide-based layer and the perovskite underlayer is perovskite (00
1) // Zr 1-x RxO 2- δ (001) // Si (100), and perovskite [100] // Zr 1-x RxO 2- δ [100] // Si [010] preferable. Note that this is the case where each layer is tetragonal. However, even when each layer is cubic, the same is true in that the axes are preferably parallel in the film plane.
【００９７】＜強誘電体層および酸化物中間層の形成方
法＞強誘電体層や酸化物中間層の形成方法は特に限定さ
れず、蒸着法、スパッタ法、ゾル・ゲル法等のいずれを
用いてもよい。ただし、強誘電体層や酸化物中間層を上
記したような単一配向膜やエピタキシャル膜とするため
には蒸着法を用いることが好ましく、特に、特願平７−
２１９８５０号、特願平７−２４０６０７号、特願平８
−１８６６２５号等に開示されている方法を用いること
が好ましい。<Method of Forming Ferroelectric Layer and Oxide Intermediate Layer> The method of forming the ferroelectric layer and the oxide intermediate layer is not particularly limited, and any of an evaporation method, a sputtering method, a sol-gel method, and the like can be used. You may. However, in order to make the ferroelectric layer or the oxide intermediate layer into a single orientation film or an epitaxial film as described above, it is preferable to use a vapor deposition method.
No. 219850, Japanese Patent Application No. 7-240607, Japanese Patent Application No. 8
It is preferable to use the method disclosed in -186625 or the like.
【００９８】本発明では、強誘電体層が単一配向膜やエ
ピタキシャル膜であるので、その表面の平坦度が良好と
なるが、強誘電体層の組成や形成方法によっては十分な
平坦度が得られないこともある。そのような場合には、
強誘電体層表面を研磨して平坦化することができる。研
磨には、アルカリ溶液等を用いる化学的研磨、コロイダ
ルシリカ等を用いる機械的研磨、化学的研磨と機械的研
磨との併用などを用いればよい。In the present invention, since the ferroelectric layer is a single orientation film or an epitaxial film, the surface flatness is improved. However, depending on the composition and the forming method of the ferroelectric layer, sufficient flatness is obtained. Not always. In such a case,
The surface of the ferroelectric layer can be polished and flattened. For polishing, chemical polishing using an alkaline solution or the like, mechanical polishing using colloidal silica or the like, a combination of chemical polishing and mechanical polishing may be used.
【００９９】強誘電体層表面を研磨すると、研磨歪が残
留することがある。強誘電体の電気的特性は応力により
大きく変化するため、研磨歪を除去するために、必要に
応じて強誘電体層にアニールを施すことが好ましい。ア
ニールは、好ましくは３００〜８５０℃、より好ましく
は４００〜７５０℃で、好ましくは１秒間〜３０分間、
より好ましくは５〜１５分間行う。When the surface of the ferroelectric layer is polished, polishing distortion may remain. Since the electrical characteristics of the ferroelectric material greatly change due to stress, it is preferable to anneal the ferroelectric layer as necessary to remove polishing strain. Annealing is preferably at 300 to 850 ° C, more preferably at 400 to 750 ° C, preferably for 1 second to 30 minutes,
More preferably, it is performed for 5 to 15 minutes.
【０１００】なお、研磨を行わない場合でも、強誘電体
特性を向上させるために、必要に応じてアニールを施し
てもよい。この場合のアニールは、好ましくは３００℃
以上、より好ましくは５００℃以上、さらに好ましくは
６５０℃以上、かつ好ましくは８５０℃以下、より好ま
しくは８００℃以下で、好ましくは１秒間〜３０分間、
より好ましくは５〜１５分間行う。ただし、強誘電体と
して希土類元素を添加したチタン酸鉛を用い、かつ強誘
電体層を比較的厚くする場合などは、アニール温度が高
すぎると前述したように（００１）単一配向膜とならず
（１００）配向結晶が混在するので、このような場合に
は好ましくは３００〜６００℃でアニールを行う。この
ように比較的低温でアニールを施すことにより、（００
１）単一配向膜とすることができる。Even if polishing is not performed, annealing may be performed as needed to improve ferroelectric characteristics. Annealing in this case is preferably at 300 ° C.
Above, more preferably 500 ° C. or higher, further preferably 650 ° C. or higher, and preferably 850 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or lower, preferably for 1 second to 30 minutes,
More preferably, it is performed for 5 to 15 minutes. However, when lead titanate to which a rare earth element is added is used as the ferroelectric and the ferroelectric layer is relatively thick, if the annealing temperature is too high, the (001) single orientation film may be formed as described above. In such a case, annealing is preferably performed at 300 to 600 ° C. since (100) oriented crystals are mixed. By performing annealing at a relatively low temperature in this manner, (00
1) It can be a single alignment film.
【０１０１】＜電極層＞図４に示す構成の記録媒体で
は、基板と強誘電体層との間に電極層が設けられる。上
記した酸化物中間層を設ける場合には、電極層は酸化物
中間層と強誘電体層との間に設けられる。<Electrode Layer> In the recording medium having the structure shown in FIG. 4, an electrode layer is provided between the substrate and the ferroelectric layer. When the above-described oxide intermediate layer is provided, the electrode layer is provided between the oxide intermediate layer and the ferroelectric layer.
【０１０２】電極層は金属から構成されることが好まし
いが、金属以外の導電性材料で構成されていてもよい。
電極層は、強誘電体層の下側の電極として機能する。ま
た、電極層は、隣接する層との間の格子整合性が良好な
ので、結晶性の高い強誘電体層が得られる。The electrode layer is preferably made of a metal, but may be made of a conductive material other than a metal.
The electrode layer functions as an electrode below the ferroelectric layer. In addition, since the electrode layer has good lattice matching with an adjacent layer, a ferroelectric layer with high crystallinity can be obtained.
【０１０３】電極層を構成する金属としては、Ｐｔ、Ｉ
ｒ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｐｄ、ＲｈおよびＲｕの少なくとも１
種を含有する金属単体または合金が好ましい。金属以外
の導電性材料としては、導電性酸化物が好ましく、特
に、以下の導電性酸化物を含む材料が好ましい。The metal constituting the electrode layer is Pt, I
at least one of r, Os, Re, Pd, Rh and Ru
Single metals or alloys containing the species are preferred. As the conductive material other than the metal, a conductive oxide is preferable, and particularly, a material containing the following conductive oxide is preferable.
【０１０４】ＮａＣｌ型酸化物：ＴｉＯ, VO, NbO, RO
1-x( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を
含む）、0 ≦x ＜１), LiVO2等。NaCl type oxide: TiO, VO, NbO, RO
1-x (where, R: one or more rare earth elements (including Sc and Y), 0 ≦ x <1), LiVO 2 and the like.
【０１０５】スピネル型酸化物： LiTi2O4, LiMxT i2-x
O4( ここで、M=Li,Al,Cr, 0 ＜x ＜2), Li1-xMxTi2O4
(ここで、M=Mg, Mn, 0 ＜x ＜1), LiV2O4, Fe3O4,等。Spinel oxide: LiTi 2 O 4 , LiM x T i 2-x
O 4 (where M = Li, Al, Cr, 0 <x <2), Li 1-x M x Ti 2 O 4
(Where M = Mg, Mn, 0 <x <1), LiV 2 O 4 , Fe 3 O 4 , etc.
【０１０６】ペロブスカイト型酸化物： ReO3, WO3, Mx
ReO3( ここで、M 金属, 0 ＜x ＜0.5), MxWO3(ここで、
M=金属, 0 ＜x ＜0.5), A2P8W32O112(ここで、A=K, Rb,
Tl), NaxTayW1-yO3( ここで、0 ≦x ＜1, 0＜y ＜1),
RNbO3(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を
含む）), Na1-xSrxNbO3(ここで、0 ≦x ≦１), RTiO3(
ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）), Can+1TinO3n+1-y(ここで、n=2,3,... , y ＞0),
CaVO3, SrVO3, R1-xSrxVO3( ここで、Ｒ：一種類以上
の希土類（ScおよびY を含む）、0 ≦x ≦１), R1-xBax
VO3(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）、0 ≦x ≦１), Srn+1V nO3n+1-y( ここで、n=1,2,
3 ...., y ＞0), Ban+1VnO3n+1-y( ここで、n=1,2,3
...., y ＞0),R4BaCu5O13-y( ここで、Ｒ：一種類以上
の希土類（ScおよびY を含む）、0 ≦y), R5SrCu6 O
15(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）), R2SrCu2O6.2( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ScおよびY を含む）), R1-xSrxVO3(ここで、Ｒ：一種
類以上の希土類（ScおよびY を含む）), CaCrO3, SrCrO
3, RMnO3( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（Scおよび
Y を含む）), R1-xSrxMnO3( ここで、Ｒ：一種類以上の
希土類（ScおよびY を含む）, 0 ≦x ≦１), R1-xBaxMn
O3( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）, 0 ≦x ≦１) , Ca1-xRxMnO3-y(ここで、Ｒ：一種
類以上の希土類（ScおよびY を含む）, 0 ≦x ≦１, 0
≦y), CaFeO3, SrFeO3, BaFeO3, SrCoO3, BaCoO3, RCoO
3(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）), R1-xSrxCoO3( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ScおよびY を含む）, 0 ≦x ≦１), R1-xBaxCoO3( こ
こで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）,
0 ≦x ≦１), RNiO3( ここで、Ｒ：一種類以上の希土類
（ScおよびY を含む）), RCuO3( ここで、Ｒ：一種類以
上の希土類（ScおよびY を含む）), RNbO3( ここで、
Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）), Nb12O
29, CaRuO3, Ca1-xRxRu1-yMnyO3(ここで、Ｒ：一種類以
上の希土類（ScおよびY を含む）, 0 ≦x ≦１, 0 ≦y
≦１), SrRuO3, Ca1-xMgxRuO3(ここで、 0≦x ≦１),
Ca1-xSrxRuO3( ここで、0 ＜x ＜1), BaRuO3, Ca1- xBax
RuO3( ここで、0 ＜x ＜1 ), (Ba, Sr)RuO3, Ba1-xKxRu
O3( ここで、 0＜x≦１), (R, Na)RuO3( ここで、Ｒ：
一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）),(R, M)RhO3
(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）, M=Ca, Sr, Ba), SrIrO3, BaPbO3, (Ba,Sr)PbO3-y
( ここで、0 ≦y ＜1), BaPb1-xBixO3(ここで、0 ＜x
≦1), Ba1-xKxBiO3(ここで、0 ＜x ≦1), Sr(Pb, Sb)O
3-y( ここで、0 ≦y ＜1), Sr(Pb, Bi)O3-y( ここで、0
≦y ＜1), Ba(Pb, Sb)O3-y( ここで、0 ≦y ＜1), Ba
(Pb, Bi)O3-y( ここで、0 ≦y ＜1), MMoO3(ここで、M=
Ca,Sr, Ba), (Ba, Ca, Sr)TiO3-x(ここで、0 ≦x),
等。Perovskite oxide: ReO 3 , WO 3 , Mx
ReO 3 (where M metal, 0 <x <0.5), MxWO 3 (where
M = metal, 0 <x <0.5), A 2 P 8 W 32 O 112 (where A = K, Rb,
Tl), Na x Ta y W 1-y O 3 (where 0 ≤ x <1, 0 <y <1),
RNbO 3 (where R: one or more rare earth elements (including Sc and Y)), Na 1-x Sr x NbO 3 (where 0 ≦ x ≦ 1), RTiO 3 (
Here, R: one or more kinds of rare earths (including Sc and Y)), Ca n + 1 T n O 3n + 1-y (where n = 2,3, ..., y> 0),
CaVO 3 , SrVO 3 , R 1-x Sr x VO 3 (where R: one or more rare earth elements (including Sc and Y), 0 ≦ x ≦ 1), R 1-x Ba x
VO 3 (where R: one or more rare earth elements (including Sc and Y), 0 ≦ x ≦ 1), Sr n + 1 V n O 3n + 1-y (where n = 1,2,
3 ...., y> 0), Ba n + 1 V n O 3n + 1-y (where n = 1,2,3
...., y> 0), R 4 BaCu 5 O 13-y (where R: one or more rare earth elements (including Sc and Y), 0 ≦ y), R 5 SrCu 6 O
15 (where R: one or more rare earths (including Sc and Y)), R 2 SrCu 2 O 6.2 (where R: one or more rare earths (including Sc and Y)), R 1- x Sr x VO 3 (where R: one or more rare earths (including Sc and Y)), CaCrO 3 , SrCrO
3 , RMnO 3 (where R: one or more rare earths (Sc and
Y 1 ), R 1-x Sr x MnO 3 (where R: one or more rare earth elements (including Sc and Y), 0 ≦ x ≦ 1), R 1-x Ba x Mn
O 3 (where, R: one or more rare earths (including Sc and Y), 0 ≦ x ≦ 1), Ca 1-x R x MnO 3-y (where, R: one or more rare earths ( Sc and Y), 0 ≤ x ≤ 1, 0
≦ y), CaFeO 3 , SrFeO 3 , BaFeO 3 , SrCoO 3 , BaCoO 3 , RCoO
3 (where R: one or more rare earths (including Sc and Y)), R 1-x Sr x CoO 3 (where R: one or more rare earths (including Sc and Y), 0 ≦ x ≦ 1), R 1-x Ba x CoO 3 (where R: one or more rare earth elements (including Sc and Y),
0 ≦ x ≦ 1), RNiO 3 (where R: one or more rare earths (including Sc and Y)), RCuO 3 (where R: one or more rare earths (including Sc and Y)) , RNbO 3 (where
R: one or more rare earth elements (including Sc and Y)), Nb 12 O
29 , CaRuO 3 , Ca 1-x R x Ru 1-y Mny y 3 (where R: one or more rare earth elements (including Sc and Y), 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y
≦ 1), SrRuO 3 , Ca 1-x Mg x RuO 3 (where 0 ≦ x ≦ 1),
Ca 1-x Sr x RuO 3 (where 0 <x <1), BaRuO 3 , Ca 1- x Ba x
RuO 3 (where 0 <x <1), (Ba, Sr) RuO 3 , Ba 1-x K x Ru
O 3 (where 0 <x ≦ 1), (R, Na) RuO 3 (where R:
One or more rare earths (including Sc and Y)), (R, M) RhO 3
(Where, R: at least one kind of rare earth (including Sc and Y), M = Ca, Sr, Ba), SrIrO 3 , BaPbO 3 , (Ba, Sr) PbO 3-y
(Where 0 ≤ y <1), BaPb 1-x Bi x O 3 (where 0 <x
≤ 1), Ba 1-x K x BiO 3 (where 0 <x ≤ 1), Sr (Pb, Sb) O
3-y (where 0 ≤ y <1), Sr (Pb, Bi) O 3-y (where 0
≤y <1), Ba (Pb, Sb) O 3-y (where 0 ≤y <1), Ba
(Pb, Bi) O 3-y (where 0 ≤ y <1), MMoO 3 (where M =
(Ca, Sr, Ba), (Ba, Ca, Sr) TiO 3-x (where 0 ≤x),
etc.
【０１０７】層状ペロブスカイト型酸化物（K2NiF4型を
含む）： Rn+1NinO3n+ 1( ここで、Ｒ：Ba, Sr, 希土類
（ScおよびY を含む) のうち一種類以上, ｎ＝１〜５の
整数）,Rn+1CunO3n+1(ここで、Ｒ：Ba, Sr, 希土類（Sc
およびY を含む) のうち一種類以上, ｎ＝１〜５の整
数）, Sr2RuO4, Sr2RhO4, Ba2RuO4, Ba2RhO4, 等。Layered perovskite type oxide (including K 2 NiF 4 type): at least one of R n + 1 Ni n O 3n + 1 (where R: Ba, Sr, rare earth (including Sc and Y)) , n = 1 to 5), R n + 1 Cu n O 3n + 1 (where R: Ba, Sr, rare earth (Sc
And Y), n = 1 to 5), Sr 2 RuO 4 , Sr 2 RhO 4 , Ba 2 RuO 4 , Ba 2 RhO 4 , and the like.
【０１０８】パイロクロア型酸化物：R2V2O7-y( ここ
で、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）, 0
≦y ＜1), Tl2Mn2O7-y( ここで、0 ≦y ＜1), R2Mo2O
7-y(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）, 0 ≦y ＜1), R2Ru2O7-y(ここで、Ｒ：Tl, Pb, B
i, 希土類（ScおよびY を含む) のうち一種類以上, 0
≦y＜1), Bi2-xPbxPt2-x RuxO7-y(ここで、0 ≦x ≦2,
0≦y ＜1), Pb2(Ru, Pb)O7- y(ここで、0 ≦y ＜1), R2R
h2O7-y(ここで、Ｒ：Tl, Pb, Bi, Cd, 希土類（Scおよ
びY を含む) のうち一種類以上, 0≦y ＜1), R 2Pd2O
7-y( ここで、Ｒ：Tl,Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY
を含む) のうち一種類以上, 0 ≦y ＜1),R2Re2O7-y( こ
こで、Ｒ：Tl, Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY を含
む) のうち一種類以上, 0≦y ＜1), R2Os2O7-y(ここ
で、Ｒ：Tl, Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY を含む)
のうち一種類以上, 0≦y ＜1), R2Ir2O7-y(ここで、
Ｒ：Tl, Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY を含む) のう
ち一種類以上, 0≦y ＜1), R2Pt2O7-y(ここで、Ｒ：T
l, Pb, Bi, Cd, 希土類（ScおよびY を含む) のうち一
種類以上,0≦y ＜1)等。Pyrochlore type oxide: R 2 V 2 O 7-y (where R: at least one kind of rare earth (including Sc and Y), 0
≤y <1), Tl 2 Mn 2 O 7-y (where 0 ≤y <1), R 2 Mo 2 O
7-y (where R: one or more rare earth elements (including Sc and Y), 0 ≦ y <1), R 2 Ru 2 O 7-y (where R: Tl, Pb, B
i, one or more of rare earth elements (including Sc and Y), 0
≤y <1), Bi 2-x Pb x Pt 2-x Ru x O 7-y (where 0 ≤x ≤2,
0 ≦ y <1), Pb 2 (Ru, Pb) O 7- y (where 0 ≦ y <1), R 2 R
h 2 O 7-y (where, at least one of R: Tl, Pb, Bi, Cd, rare earth (including Sc and Y), 0 ≦ y <1), R 2 Pd 2 O
7-y (where R: Tl, Pb, Bi, Cd, rare earth (Sc and Y
At least one of the following: 0 ≦ y <1), R 2 Re 2 O 7-y (where R: one of the following: Tl, Pb, Bi, Cd, rare earth (including Sc and Y) 0 ≦ y <1), R 2 Os 2 O 7-y (where R: Tl, Pb, Bi, Cd, rare earth (including Sc and Y))
One or more of them, 0 ≦ y <1), R 2 Ir 2 O 7-y (where
R: at least one of Tl, Pb, Bi, Cd, rare earth (including Sc and Y), 0 ≦ y <1), R 2 Pt 2 O 7-y (where R: T
One or more of l, Pb, Bi, Cd, and rare earths (including Sc and Y), 0 ≦ y <1).
【０１０９】その他の酸化物：R4Re6 O19(ここで、Ｒ：
一種類以上の希土類（ScおよびY を含む）), R4Ru6O
19(ここで、Ｒ：一種類以上の希土類（ScおよびY を含
む）), Bi3Ru3O11, V2O3, Ti2O3, Rh2O3, VO2, CrO2, N
bO2, MoO2, WO2, ReO2, RuO2, RhO2, OsO2, IrO2, Pt
O2, PdO2, V3O5, VnO2n-1(n=4 から9 の整数), SnO
2-x(ここで、0 ≦x ＜1), La2Mo2O7, (M, Mo)O( ここ
で、M=Na, K, Rb, Tl), MonO3n-1(n=4, 8, 9, 10), Mo
17O47, Pd1-xLixO(ここで、x ≦0.1)等。Ｉｎを含む酸
化物。Other oxides: R 4 Re 6 O 19 (where R:
One or more rare earths (including Sc and Y)), R 4 Ru 6 O
19 (where, R: one or more rare earths (including Sc and Y)), Bi 3 Ru 3 O 11 , V 2 O 3 , Ti 2 O 3 , Rh 2 O 3 , VO 2 , CrO 2 , N
bO 2 , MoO 2 , WO 2 , ReO 2 , RuO 2 , RhO 2 , OsO 2 , IrO 2 , Pt
O 2 , PdO 2 , V 3 O 5 , V n O 2n-1 (n = integer from 4 to 9), SnO
2-x (where 0 ≤ x <1), La 2 Mo 2 O 7 , (M, Mo) O (where M = Na, K, Rb, Tl), Mo n O 3n-1 (n = 4, 8, 9, 10), Mo
17 O 47 , Pd 1-x Li x O (where x ≦ 0.1) and the like. An oxide containing In.
【０１１０】これらのうち特に、Ｉｎを含む酸化物また
は導電性ペロブスカイト酸化物が好ましく、特にＩｎ2
Ｏ3 、Ｉｎ2 Ｏ3 （Ｓｎドープ）、ＲＣｏＯ3 、ＲＭｎ
Ｏ3、ＲＮｉＯ3 、Ｒ2 ＣｕＯ4 、（Ｒ，Ｓｒ）ＣｏＯ3
、（Ｒ，Ｓｒ，Ｃａ）ＲｕＯ3 、（Ｒ，Ｓｒ）ＲｕＯ3
、ＳｒＲｕＯ3 、（Ｒ，Ｓｒ）ＭｎＯ3 （Ｒは、Ｙお
よびＳｃを含む希土類）、およびそれらの関連化合物が
好ましい。[0110] In particular among these, oxides or conductive perovskite oxide containing In are preferred, particularly In 2
O 3 , In 2 O 3 (Sn doped), RCoO 3 , RMn
O 3 , RNiO 3 , R 2 CuO 4 , (R, Sr) CoO 3
, (R, Sr, Ca) RuO 3 , (R, Sr) RuO 3
, SrRuO 3 , (R, Sr) MnO 3 (R is a rare earth containing Y and Sc), and their related compounds are preferred.
【０１１１】（００１）配向の強誘電体層を形成しよう
とする場合、電極層は正方晶（００１）単一配向である
か、立方晶（１００）単一配向であることが好ましく、
また、六方晶（０００１）配向の強誘電体層を形成しよ
うとする場合、電極層は（１１１）単一配向であること
が好ましく、いずれの場合でも電極層はエピタキシャル
膜であることがより好ましい。When a ferroelectric layer having a (001) orientation is to be formed, the electrode layer preferably has a tetragonal (001) single orientation or a cubic (100) single orientation.
When a hexagonal (0001) oriented ferroelectric layer is to be formed, the electrode layer preferably has a (111) single orientation, and in any case, the electrode layer is more preferably an epitaxial film. .
【０１１２】正方晶（００１）配向または立方晶（１０
０）配向の電極層を形成しようとする場合、酸化物中間
層は（００１）配向であることが好ましく、（１１１）
配向の電極層を形成しようとする場合、酸化物中間層は
（１１１）配向であることが好ましい。ただし、電極層
が金属から構成される場合には、（００１）配向の酸化
物中間層上に（１１１）配向の電極層を形成することが
できる。電極層が金属から構成される場合に電極層を確
実に（００１）配向とするためには、上記したペロブス
カイト下地層を設けることが好ましい。The tetragonal (001) orientation or the cubic (10
When an electrode layer having a 0) orientation is to be formed, the oxide intermediate layer preferably has a (001) orientation, and has a (111) orientation.
In the case where an oriented electrode layer is to be formed, the oxide intermediate layer preferably has a (111) orientation. However, when the electrode layer is made of a metal, the (111) -oriented electrode layer can be formed on the (001) -oriented oxide intermediate layer. When the electrode layer is made of metal, it is preferable to provide the above-described perovskite underlayer in order to ensure that the electrode layer has a (001) orientation.
【０１１３】Ｓｉ単結晶基板、電極層および強誘電体層
の間の結晶軸方位関係は、ペロブスカイトまたはタング
ステンブロンズ［１００］//電極層［１００］//Ｓｉ
［０１０］であることが好ましい。また、面方位関係は
ペロブスカイトまたはタングステンブロンズ（００１）
//電極層（００１）//Ｓｉ（１００）であることが好ま
しい。なお、これは電極層が正方晶の場合であるが、電
極層が立方晶である場合でも、膜面内において軸同士が
平行であることが好ましいという点では同様である。The crystal axis orientation relationship between the Si single crystal substrate, the electrode layer and the ferroelectric layer is determined by perovskite or tungsten bronze [100] // electrode layer [100] // Si
[010] is preferable. The plane orientation is perovskite or tungsten bronze (001).
// Electrode layer (001) // Si (100) is preferred. Note that this is the case where the electrode layer is tetragonal, but the same is true in that the axes are preferably parallel in the film plane even when the electrode layer is cubic.
【０１１４】電極層の比抵抗は、１０-7〜１０-2Ωcmで
あることが好ましい。また、電極層は、超電導材料から
構成されていてもよい。The specific resistance of the electrode layer is preferably 10 −7 to 10 −2 Ωcm. Further, the electrode layer may be made of a superconducting material.
【０１１５】電極層の形成方法は特に限定されず、蒸着
法やスパッタ法等のいずれを用いてもよいが、好ましく
は蒸着法を用いる。そして、上記したような単一配向膜
やエピタキシャル膜とするためには、上記した特願平７
−２１９８５０号、特願平７−２４０６０７号、特願平
８−１８６６２５号等に開示されている方法を用いるこ
とが好ましい。The method for forming the electrode layer is not particularly limited, and any of an evaporation method, a sputtering method, and the like may be used. Preferably, an evaporation method is used. Then, in order to form a single orientation film or an epitaxial film as described above, the above-mentioned Japanese Patent Application No. Hei 7
It is preferable to use the method disclosed in Japanese Patent Application No. 219850, Japanese Patent Application No. 7-240607, Japanese Patent Application No. 8-186625 or the like.
【０１１６】＜各層の結晶性、表面性および厚さ＞酸化
物中間層を構成する各層や電極層は、その上に形成され
る層の結晶性を向上させるために、結晶性が良好でかつ
表面が分子レベルで平坦であることが好ましい。また、
強誘電体層も、上記した理由により、高結晶性で表面が
平坦であることが好ましい。<Crystallinity, Surface Property and Thickness of Each Layer> The layers and electrode layers constituting the oxide intermediate layer have good crystallinity in order to improve the crystallinity of the layer formed thereon. Preferably, the surface is flat at the molecular level. Also,
It is preferable that the ferroelectric layer also has high crystallinity and a flat surface for the above-described reason.
【０１１７】各層の結晶性は、ＸＲＤ（Ｘ線回折）にお
ける反射ピークのロッキングカーブの半値幅や、ＲＨＥ
ＥＤによる像のパターンで評価することができる。ま
た、表面性は、ＲＨＥＥＤ像のストリーク性、およびＡ
ＦＭで測定した表面粗さ（十点平均粗さ）で評価するこ
とができる。The crystallinity of each layer is determined by the half width of the rocking curve of the reflection peak in XRD (X-ray diffraction) and the RHE.
It can be evaluated by the pattern of the image by ED. In addition, the surface property is determined by the streak property of the RHEED image and A
It can be evaluated by the surface roughness (ten-point average roughness) measured by FM.
【０１１８】強誘電体層、電極層および酸化物中間層
は、Ｘ線回折による（００２）面の反射のロッキングカ
ーブの半値幅が１．５０°以下となる程度の結晶性を有
していることが好ましい。また、ＡＦＭにより測定され
る表面粗さＲｚ（十点平均粗さ、基準長さ５００nm）
は、酸化物中間層では好ましくは２nm以下、より好まし
くは０．６０nm以下であり、電極層では好ましくは１０
nm以下であり、強誘電体層では２nm以下、好ましくは
０．６０nm以下である。なお、このような表面粗さは、
各層の表面の好ましくは８０％以上、より好ましくは９
０％以上、さらに好ましくは９５％以上の領域で実現し
ていることが望ましい。上記表面粗さは、基板全面にわ
たって各層を形成したときに、面積１０cm2 以上の領域
にわたって平均に分布した任意の１０箇所以上を測定し
ての値である。本明細書において、薄膜表面の例えば８
０％以上でＲｚが２nm以下であるとは、上記のように10
箇所以上を測定したときにその８０％以上の箇所でＲｚ
が２nm以下であることを意味する。なお、表面粗さＲｚ
は、ＪＩＳ Ｂ ０６１０に規定されている。The ferroelectric layer, the electrode layer and the oxide intermediate layer have such crystallinity that the half-width of the rocking curve of reflection on the (002) plane by X-ray diffraction is 1.50 ° or less. Is preferred. Further, surface roughness Rz measured by AFM (ten-point average roughness, reference length 500 nm)
Is preferably 2 nm or less, more preferably 0.60 nm or less in the oxide intermediate layer, and preferably 10 nm or less in the electrode layer.
nm or less, and 2 nm or less, preferably 0.60 nm or less in the ferroelectric layer. In addition, such a surface roughness,
Preferably 80% or more of the surface of each layer, more preferably 9%
It is desirable to realize this in a region of 0% or more, more preferably 95% or more. The surface roughness is a value obtained by measuring 10 or more arbitrary locations distributed on average over an area of 10 cm 2 or more when each layer is formed over the entire surface of the substrate. In this specification, for example, 8
Rz of 2 nm or less at 0% or more means that Rz is 10 nm or less as described above.
When more than 80% of the points are measured, Rz
Is 2 nm or less. The surface roughness Rz
Is defined in JIS B 0610.
【０１１９】ロッキングカーブの半値幅およびＲｚの下
限値は特になく、小さいほど好ましいが、現在のとこ
ろ、ロッキングカーブの半値幅の下限値は、一般に０．
７°程度、特に０．４°程度、上記Ｒｚの下限値は０．
１０nm程度である。There is no particular lower limit for the half width of the rocking curve and the lower limit of Rz, and the smaller the lower, the better. At present, the lower limit of the half width of the rocking curve is generally 0.
The lower limit of Rz is about 7 °, particularly about 0.4 °, and the lower limit of the above Rz is about 0.1 °.
It is about 10 nm.
【０１２０】また、ＲＨＥＥＤ像がストリークであっ
て、しかもシャープである場合、各層の結晶性および表
面平坦性が優れていることになる。If the RHEED image is streak and sharp, the crystallinity and surface flatness of each layer are excellent.
【０１２１】電極層の厚さは、一般に好ましくは５０〜
５００nm程度であるが、結晶性および表面性が損なわれ
ない程度に薄いことが好ましい。The thickness of the electrode layer is generally preferably from 50 to
Although it is about 500 nm, it is preferably thin enough that the crystallinity and surface properties are not impaired.
【０１２２】酸化物中間層の厚さは、一般に好ましくは
５〜５００nm、より好ましくは１０〜５０nmであるが、
結晶性、表面性を損なわない程度に薄いことが好まし
い。また、酸化物中間層を絶縁層として用いる場合の厚
さは、５０〜５００nm程度であることが好ましい。な
お、酸化物中間層を多層構成とする場合、各層の厚さは
０．５nm以上であることが好ましく、かつ酸化物中間層
全体の厚さは上記範囲とすることが好ましい。The thickness of the oxide intermediate layer is generally preferably from 5 to 500 nm, more preferably from 10 to 50 nm.
It is preferable that the thickness be as thin as not to impair the crystallinity and surface properties. When the oxide intermediate layer is used as an insulating layer, the thickness is preferably about 50 to 500 nm. In the case where the oxide intermediate layer has a multilayer structure, the thickness of each layer is preferably 0.5 nm or more, and the thickness of the entire oxide intermediate layer is preferably in the above range.
【０１２３】また、本発明の記録媒体は、誘電体層上
に、保護層を形成したものであってもよい。図５には、
図４の構成において誘電体層１３上に保護層１６を有す
るものが示されている。Further, the recording medium of the present invention may be one in which a protective layer is formed on a dielectric layer. In FIG.
FIG. 4 shows a configuration having a protective layer 16 on a dielectric layer 13 in the configuration of FIG.
【０１２４】硬度の比較的高い保護層を設けることによ
り、プローブの衝突などによる強誘電体層表面の機械的
ダメージを防ぐことができる。保護層構成材料は、Zr
O2, 安定化ジルコニア（例えばYSZ)、TiC, TiN, Ti(C,
N,O), CrC, CrN, SiC, Si3N4, c-BN(立方晶窒化ホウ
素）, ZrN, HfN, (Ti,Al)N, (Ti,Zr)N, (Ti,Nb)N, (Ti,
Hf)N, WC, W2C, Al2O3, およびこれらの複合材など硬度
の高いものが好ましい。また、これらのほか、特に硬度
の高いDLC （ダイヤモンドライクカーボン）等が好まし
い。By providing a protective layer having a relatively high hardness, it is possible to prevent mechanical damage to the surface of the ferroelectric layer due to collision of a probe or the like. The material of the protective layer is Zr
O 2 , stabilized zirconia (for example, YSZ), TiC, TiN, Ti (C,
N, O), CrC, CrN, SiC, Si 3 N 4 , c-BN (cubic boron nitride), ZrN, HfN, (Ti, Al) N, (Ti, Zr) N, (Ti, Nb) N , (Ti,
Hf) Those having high hardness such as N, WC, W 2 C, Al 2 O 3 , and composites thereof are preferred. In addition to these, DLC (diamond-like carbon) having particularly high hardness is preferable.
【０１２５】保護層の厚さは、１〜１００nm程度が好ま
しい。あまり薄いと強誘電体層表面の保護が不十分にな
る。保護層が厚いほどその表面の平坦性が向上するが、
あまり厚くなると書き込みに要する電圧が大きくなり、
また読み出される容量信号も小さくなってしまう。The thickness of the protective layer is preferably about 1 to 100 nm. If it is too thin, the protection of the surface of the ferroelectric layer becomes insufficient. The thicker the protective layer, the better its surface flatness,
If it is too thick, the voltage required for writing will increase,
In addition, the capacity signal to be read becomes small.
【０１２６】また、適度な導電性を有する保護層を設け
れば、上記した保護効果に加え、強誘電体層表面の電荷
が均一化されるため、強誘電体の焦電効果、結晶欠陥等
で強誘電体表面に局在的に発生する電荷の集中を防ぐこ
とが可能になる。したがって、集中電荷によるノイズお
よびプローブの破壊を防止することができる。この場合
の保護層の好ましい比抵抗範囲は、保護層の厚さによっ
ても異なるが一般に１０〜１０7 Ωcm、特に１００〜１
０7 Ωcmである。比抵抗が小さすぎると、導電性プロー
ブによりプローブされた領域以外に書き込み電圧が加わ
り、書き込みの際のビットサイズが大きくなり、またビ
ットのコントラストが小さくなってしまう。一方、比抵
抗が大きすぎると、上述した電荷の集中を防ぐ効果が不
十分となる。If a protective layer having appropriate conductivity is provided, the charge on the surface of the ferroelectric layer is made uniform in addition to the above-mentioned protective effect. Thus, it is possible to prevent concentration of charges locally generated on the ferroelectric surface. Therefore, noise and destruction of the probe due to the concentrated charge can be prevented. In this case, the preferred specific resistance range of the protective layer varies depending on the thickness of the protective layer, but is generally 10 to 10 7 Ωcm, particularly 100 to 1 Ωcm.
0 7 Ωcm. If the specific resistance is too small, a writing voltage is applied to a region other than the region probed by the conductive probe, so that the bit size at the time of writing increases and the bit contrast decreases. On the other hand, if the specific resistance is too large, the effect of preventing the above-described concentration of electric charges becomes insufficient.
【０１２７】ただし、比抵抗が１０Ωcm未満の導電性材
料、例えばＰｔなどであっても、保護層の厚さを好まし
くは０．５〜１０nm、より好ましくは１〜２nmと薄くす
れば、書き込みの際のビットサイズやビットのコントラ
ストへの影響は小さくなるので、保護層材料として使用
可能である。However, even for a conductive material having a specific resistance of less than 10 Ωcm, such as Pt, if the thickness of the protective layer is reduced to preferably 0.5 to 10 nm, more preferably 1 to 2 nm, the write In this case, the influence of the bit size and the bit contrast on the contrast is reduced, so that it can be used as a protective layer material.
【０１２８】硬度が高くかつ適度な導電性を有する材料
としては、ホウ素(B) ならびにシリコン(Si)および／ま
たはリン(P) を主成分とするものが挙げられるが、絶縁
性の高い材料に適当な元素をドープすることにより、適
度な導電性を得ることもできる。例えば、ＤＬＣにホウ
素(B) 等をドープすることにより、極めて高い硬度に加
え、適度な導電性を得ることができる。Materials having high hardness and appropriate conductivity include those containing boron (B) and silicon (Si) and / or phosphorus (P) as main components. By doping an appropriate element, an appropriate conductivity can be obtained. For example, by doping DLC with boron (B) or the like, not only extremely high hardness but also appropriate conductivity can be obtained.
【０１２９】なお、電荷の集中を防ぐためには、上記し
たような導電性の保護層を形成する方法に限らず、強誘
電体層表面を導電処理する方法を利用してもよい。導電
処理としては、例えば、強誘電体層表面における電子ま
たはホールの形成処理、すなわち表面準位形成処理など
が挙げられる。このような処理としては、例えば、Ｐｔ
等の導電性金属を、蒸着により原子単位で強誘電体層表
面に付着させる方法などが挙げられる。In order to prevent the concentration of electric charges, not only the method of forming the conductive protective layer as described above, but also a method of performing a conductive treatment on the surface of the ferroelectric layer may be used. Examples of the conductive treatment include a treatment for forming electrons or holes on the surface of the ferroelectric layer, that is, a treatment for forming a surface state. Such processing includes, for example, Pt
And the like, a method of attaching a conductive metal such as, for example, to the surface of the ferroelectric layer in atomic units by vapor deposition.
【０１３０】保護層は、結晶化材料から構成されてもア
モルファス材料から構成されてもよいが、アモルファス
膜は、結晶化膜に比較して分子レベルでより平坦な表面
が得られ、これによりノイズが少なくなり高速動作が可
能となるので、好ましい。The protective layer may be made of a crystallized material or an amorphous material. However, an amorphous film has a flatter surface at a molecular level than a crystallized film, and thus has a noise level. This is preferable because high-speed operation can be performed with less.
【０１３１】このような保護層を有する記録媒体のその
ほかの構造、および記録再生方法は、保護層を設けない
場合と全く同様である。The other structure of the recording medium having such a protective layer and the recording / reproducing method are exactly the same as those in the case where no protective layer is provided.
【０１３２】本発明の記録媒体は、強誘電体層上あるい
は保護層上に潤滑層を形成したものであってもよい。図
６には、図４の構成において誘電体層１３上に潤滑層１
７を形成したものが示されている。The recording medium of the present invention may have a lubricating layer formed on a ferroelectric layer or a protective layer. FIG. 6 shows the lubrication layer 1 on the dielectric layer 13 in the configuration of FIG.
7 are shown.
【０１３３】潤滑層を設けることにより、媒体表面の機
械的ダメージを防ぐことができる。By providing a lubricating layer, mechanical damage on the medium surface can be prevented.
【０１３４】潤滑層１７の材質は、固体、液体、気体の
いずれであってもよい。潤滑性に優れる固体材料として
は、ステアリン酸等の飽和脂肪酸、フタロシアニン等の
染料、フッ素系樹脂等の高分子、カーボン、MoS2、コバ
ルト・クロム酸化物等の無機物などが挙げられる。潤滑
性に優れる液体材料としては、水、有機溶剤、フッ素系
高分子、パーフルオロポリエーテル系、シリコン系、脂
肪族エステル系、流動パラフィン系の材料が挙げられ
る。The material of the lubricating layer 17 may be any of solid, liquid and gas. Examples of the solid material having excellent lubricity include saturated fatty acids such as stearic acid, dyes such as phthalocyanine, polymers such as fluororesins, carbon, MoS 2 , and inorganic substances such as cobalt / chromium oxide. Examples of the liquid material having excellent lubricity include water, an organic solvent, a fluorine-based polymer, a perfluoropolyether-based, a silicon-based, an aliphatic ester-based, and a liquid paraffin-based material.
【０１３５】潤滑層は、用いる潤滑性材料の比抵抗に応
じて、上記した保護層と同様な効果も示す。The lubricating layer exhibits the same effect as the above-described protective layer, depending on the specific resistance of the lubricating material used.
【０１３６】潤滑層の厚さは、通常、100nm 程度以下で
あることが好ましい。あまり厚くなると媒体への書き込
みに要する電圧が大きくなり、また、読み出される容量
信号も小さくなってしまう。潤滑層は薄くてもよいが、
連続膜として形成する場合は、通常５nm程度以上であ
る。ただし、連続膜である潤滑層を設ける替わりに、強
誘電体層表面を潤滑処理してもよい。潤滑処理として
は、例えば、フッ素を含むガスを用いて強誘電体層表面
をプラズマ処理する方法や、強誘電体層表面にステアリ
ン酸を吸着させる方法などが挙げられる。The thickness of the lubricating layer is usually preferably about 100 nm or less. If the thickness is too large, the voltage required for writing to the medium increases, and the capacitance signal to be read also decreases. The lubrication layer may be thin,
When it is formed as a continuous film, it is usually about 5 nm or more. However, instead of providing a lubricating layer which is a continuous film, the surface of the ferroelectric layer may be lubricated. Examples of the lubrication treatment include a method of performing plasma treatment on the surface of the ferroelectric layer using a gas containing fluorine, a method of adsorbing stearic acid on the surface of the ferroelectric layer, and the like.
【０１３７】なお、潤滑性の液体においての膜厚は、10
0nm を超えていてもよい。この場合、媒体上の液体膜内
にプローブは埋没し、液体内で信号検出を行う。したが
って、極端な場合には媒体、プローブを潤滑性液体内に
封入した情報処理装置としてもよい。すなわち、液体内
でのSTM 観察と同様である。The thickness of the lubricating liquid is 10
It may exceed 0 nm. In this case, the probe is buried in the liquid film on the medium, and performs signal detection in the liquid. Therefore, in an extreme case, the information processing device may be a device in which the medium and the probe are sealed in the lubricating liquid. That is, it is the same as STM observation in liquid.
【０１３８】潤滑性に優れる気体材料としては、空気、
ヘリウム、アルゴン、減圧気体などが好ましいものとさ
れるが、潤滑性に優れる液体材料および気体材料、特に
気体材料については、静的には層構造を形成しない場合
が多い。As the gas material having excellent lubricating properties, air,
Helium, argon, decompressed gas, and the like are preferable, but a liquid material and a gas material having excellent lubricity, particularly a gas material, often do not statically form a layer structure.
【０１３９】しかし、例えば後述するように、記録媒体
を回転し、浮上スライダーに搭載されたプローブにより
ビットを検出する情報処理装置においては、動作中、媒
体とプローブとの間には空隙が生じ、実質的に強誘電体
層上に気体層が形成された状態になる。本発明における
潤滑層は、このような気体層も含むものとする。However, for example, as described later, in an information processing apparatus which rotates a recording medium and detects bits by a probe mounted on a flying slider, a gap is generated between the medium and the probe during operation. The gas layer is substantially formed on the ferroelectric layer. The lubricating layer in the present invention includes such a gas layer.
【０１４０】潤滑層を有する記録媒体のそのほかの構
造、および記録再生方法は、潤滑層を設けない場合と全
く同様である。The other structure of the recording medium having the lubricating layer and the recording / reproducing method are exactly the same as those in the case where the lubricating layer is not provided.
【０１４１】上述した本発明における潤滑層に関連し、
その応用としてプローブを浮上スライダーに搭載するこ
とによって記録媒体の強誘電体層上に潤滑性の気体層を
形成してもよい。このような構成の一例を図７に示す。
図７では、潤滑性の気体層を得るために、プローブ２０
を浮上スライダー１９に搭載し、記録媒体１８を回転さ
せる。このとき、記録媒体１８とプローブ２０との間に
は空隙が生じ、実質的に強誘電体層上に潤滑性の気体層
が形成された状態になる。In connection with the lubricating layer in the present invention described above,
As an application thereof, a lubricating gas layer may be formed on a ferroelectric layer of a recording medium by mounting a probe on a flying slider. FIG. 7 shows an example of such a configuration.
In FIG. 7, the probe 20 is used to obtain a lubricating gas layer.
Is mounted on the flying slider 19, and the recording medium 18 is rotated. At this time, a gap is generated between the recording medium 18 and the probe 20, and a lubricating gas layer is substantially formed on the ferroelectric layer.
【０１４２】なお、図８に示されるように、浮上スライ
ダー１９にはプローブ２０が複数個（通常２〜１０4
個）搭載されていてもよい。As shown in FIG. 8, the flying slider 19 has a plurality of probes 20 (usually 2 to 10 4).
) May be mounted.
【０１４３】また、図９に示されるように、浮上スライ
ダー１９にプローブ２０を複数個（通常２〜１０4 個）
搭載し、かつプローブが円形の回転媒体の半径線上に配
列する構成としてもよい。As shown in FIG. 9, a plurality of probes 20 (usually 2 to 10 4 ) are provided on the flying slider 19.
A configuration may be adopted in which the probe is mounted and the probes are arranged on a radius line of a circular rotating medium.
【０１４４】図７〜図９において、プローブはSCaM（走
査型容量顕微鏡）プローブであることが好ましい。In FIGS. 7 to 9, the probe is preferably an SCaM (scanning capacitance microscope) probe.
【０１４５】また、回転媒体の直径は通常１０mm〜２０
cm程度であり、片面あたり５０〜５０００メガバイト程
度の情報量を記録させることができる。Further, the diameter of the rotating medium is usually 10 mm to 20 mm.
cm, and an information amount of about 50 to 5000 megabytes per side can be recorded.
【０１４６】このような構造を空気中で構成すれば、磁
気ヘッドの浮上スライダーと同様、100nm 程度の空隙が
生じ、動的に記録媒体上に潤滑性気体層が形成された状
態になる。さらに潤滑性気体層の厚さ、すなわちプロー
ブと媒体表面との距離は、スライダーの形状によること
はもちろんであるが、気体の種類、特にその粘度に大き
く依存する。したがって、媒体とスライダーとを減圧気
体中に封入すると前記距離は10nm程度まで小さくするこ
とが可能である。ただし、減圧気体の圧力は１０-3Torr
以上とすることが好ましい。圧力が低すぎるとスライダ
ーの浮上が困難となる。気体としては、空気の他、ヘリ
ウム、アルゴンなどが好ましい。If such a structure is formed in the air, like the floating slider of the magnetic head, a gap of about 100 nm is generated, and a lubricating gas layer is dynamically formed on the recording medium. Further, the thickness of the lubricating gas layer, that is, the distance between the probe and the surface of the medium depends not only on the shape of the slider but also on the type of gas, particularly its viscosity. Therefore, when the medium and the slider are sealed in the decompressed gas, the distance can be reduced to about 10 nm. However, the pressure of the decompressed gas is 10 −3 Torr
It is preferable to make the above. If the pressure is too low, it becomes difficult for the slider to float. As the gas, helium, argon, or the like is preferable in addition to air.
【０１４７】なお、このような浮上スライダーは、気体
中だけでなく液体中でも使用可能である。この場合、プ
ローブと媒体との間には液体の潤滑層が介在することに
なる。液体中で使用する場合、気体中で使用する場合に
比べ媒体の回転数を遅くする。Such a floating slider can be used not only in a gas but also in a liquid. In this case, a liquid lubricating layer is interposed between the probe and the medium. When used in a liquid, the rotational speed of the medium is made slower than when used in a gas.
【０１４８】このように気体や液体の潤滑層を設ける構
造は、強誘電体層の表面を潤滑性にすることと同様な効
果が得られ、したがって、繰り返しのデータ書き換えに
耐える高信頼性の情報処理装置が得られる。The structure in which the gas or liquid lubricating layer is provided has an effect similar to that of making the surface of the ferroelectric layer lubricious, and therefore, a highly reliable information that can withstand repeated data rewriting. A processing device is obtained.
【０１４９】なお、保護層と潤滑層とは併用してもよ
い。この場合、通常、保護層上に潤滑層を形成する。ま
た、保護層や潤滑層を多層構成としてもよい。Note that the protective layer and the lubricating layer may be used in combination. In this case, a lubricating layer is usually formed on the protective layer. Further, the protective layer and the lubricating layer may have a multilayer structure.
【０１５０】本発明の記録媒体をAFM またはSTM メモリ
ーに用いることで、ノイズが無くしかも繰り返しのデー
タ書き換えに耐える高信頼性の情報処理装置が提供でき
る。記録媒体を円盤状として回転させることにより走査
を行ってもよいし、媒体をアクチュエーターで駆動して
も、また、プローブをアクチュエーターで駆動してもよ
い。本発明による記録媒体はAFM またはSTM メモリ以外
にもSCaMの原理を応用した記憶装置用などの媒体として
も利用できる。By using the recording medium of the present invention for an AFM or STM memory, it is possible to provide a highly reliable information processing apparatus which is free from noise and can withstand repeated data rewriting. Scanning may be performed by rotating the recording medium in a disk shape, the medium may be driven by an actuator, or the probe may be driven by an actuator. The recording medium according to the present invention can be used not only as an AFM or STM memory but also as a medium for a storage device to which the principle of SCaM is applied.
【０１５１】[0151]
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing specific examples of the present invention.
【０１５２】実施例１ 図１に示すような情報処理装置を作製した。Example 1 An information processing apparatus as shown in FIG. 1 was manufactured.
【０１５３】この情報処理装置に搭載される記録媒体の
作製は、特願平７−２１９８５０号、特願平７−２４０
６０号の方法に準じ、以下のようにして行った。The production of the recording medium mounted on this information processing apparatus is described in Japanese Patent Application Nos. 7-219850 and 7-240.
According to the method of No. 60, it carried out as follows.
【０１５４】酸化物薄膜を成長させる単結晶基板とし
て、その表面が（１１１）面となるように切断、鏡面研
磨したＳｉ単結晶ウエハーを用いた。鏡面表面は購入後
４０％フッ化アンモニウム水溶液により、エッチング洗
浄を行った。なお、Ｓｉ基板としては、直径２インチの
円形基板を用いた。As a single crystal substrate on which an oxide thin film was grown, an Si single crystal wafer cut and mirror-polished so that the surface became a (111) plane was used. After the purchase, the mirror surface was cleaned by etching with a 40% ammonium fluoride aqueous solution. Note that a circular substrate having a diameter of 2 inches was used as the Si substrate.
【０１５５】真空槽内に設置された回転および加熱機構
を備えた基板ホルダーに上記単結晶基板を固定し、真空
槽を１０-6Torrまで油拡散ポンプにより排気した後、基
板洗浄面をＳｉ酸化物を用いて保護するため、基板を２
０rpm で回転させ、酸素を基板付近にノズルから２５cc
／分の割合で導入しつつ、６００℃に加熱した。ここ
で、基板の表面にＳｉ酸化物膜が熱酸化で形成される。
この方法で約１nmのＳｉ酸化物膜を形成した。The single crystal substrate was fixed to a substrate holder provided with a rotation and heating mechanism installed in a vacuum chamber, and the vacuum chamber was evacuated to 10 −6 Torr by an oil diffusion pump. To protect with a material,
Rotate at 0 rpm, oxygen is supplied from the nozzle near the substrate by 25 cc.
/ Minute while heating at 600 ° C. Here, a Si oxide film is formed on the surface of the substrate by thermal oxidation.
By this method, a Si oxide film of about 1 nm was formed.
【０１５６】次いで、その後、基板を９００℃に加熱
し、回転させた。回転数は２０rpm とした。このとき、
ノズルから酸素ガスを２５cc／分の割合で導入し、前記
基板上に金属Ｚｒを蒸発源から蒸発させることにより、
Ｚｒ金属酸化物の膜厚に換算して５nmとなるように供給
し、１×１の表面構造を備えるＳｉ表面処理基板を得
た。Subsequently, the substrate was heated to 900 ° C. and rotated. The rotation speed was 20 rpm. At this time,
By introducing oxygen gas from the nozzle at a rate of 25 cc / min and evaporating metal Zr from the evaporation source onto the substrate,
It was supplied so as to have a thickness of 5 nm in terms of the thickness of the Zr metal oxide, and a Si surface-treated substrate having a 1 × 1 surface structure was obtained.
【０１５７】さらに、このＳｉ表面処理基板上に、基板
温度９００℃、基板回転数２０rpm、ノズルから酸素ガ
スを２５cc／分の割合で導入した状態で金属Ｚｒを蒸発
源から供給することにより、ＺｒＯ2 膜を前記処理基板
上に得た。Further, metal Zr was supplied from the evaporation source onto the Si surface-treated substrate while the substrate temperature was 900 ° C., the substrate rotation speed was 20 rpm, and oxygen gas was introduced from the nozzle at a rate of 25 cc / min. Two films were obtained on the processing substrate.
【０１５８】ひきつづき、ＺｒＯ2 を形成した基板を９
００℃に加熱し回転させた。回転数は２０rpm とした。
このとき、ノズルから酸素ガスを２５cc／分の割合で導
入し、基板上に金属Ｍｎと金属Ｈｏとを蒸発源から蒸発
させることにより、ＨｏＭｎＯ3 膜を得た。ここで金属
Ｍｎと金属Ｈｏとの供給量比Ｈｏ／Ｍｎは、モル比で
１．０となるように制御した。The substrate on which ZrO 2 was formed was
Heated to 00 ° C. and rotated. The rotation speed was 20 rpm.
At this time, an oxygen gas was introduced from the nozzle at a rate of 25 cc / min, and metal Mn and metal Ho were evaporated from the evaporation source onto the substrate, thereby obtaining a HoMnO 3 film. Here, the supply ratio Ho / Mn of the metal Mn to the metal Ho was controlled to be 1.0 in molar ratio.
【０１５９】このようにしてSi(111)/ZrO2(111)(50n
m)/HoMnO3(0001)(100nm) のエピタキシャル構造の記録
媒体を得た。Thus, Si (111) / ZrO 2 (111) (50n
A recording medium having an epitaxial structure of m) / HoMnO 3 (0001) (100 nm) was obtained.
【０１６０】次に、酸化物薄膜を成長させる単結晶基板
として、その表面が（１００）面となるように切断、鏡
面研磨したＳｉ単結晶ウエハーを用いた。鏡面表面は購
入後４０％フッ化アンモニウム水溶液により、エッチン
グ洗浄を行った。なお、Ｓｉ基板は、直径２インチの円
形基板を用いた。Next, as a single crystal substrate on which an oxide thin film was grown, an Si single crystal wafer cut and mirror-polished so that the surface became a (100) plane was used. After the purchase, the mirror surface was cleaned by etching with a 40% ammonium fluoride aqueous solution. Note that a circular substrate having a diameter of 2 inches was used as the Si substrate.
【０１６１】真空槽内に設置された回転および加熱機構
を備えた基板ホルダーに上記単結晶基板を固定し、真空
槽を１０-6Torrまで油拡散ポンプにより排気した後、基
板洗浄面をＳｉ酸化物を用いて保護するため、基板を２
０rpm で回転させ、酸素を基板付近にノズルから２５cc
／分の割合で導入しつつ、６００℃にて加熱した。ここ
で、基板の表面にＳｉ酸化物膜が熱酸化で形成される。
この方法で約１nmのＳｉ酸化物膜を形成した。The single crystal substrate was fixed to a substrate holder provided with a rotation and heating mechanism installed in a vacuum chamber, and the vacuum chamber was evacuated to 10 -6 Torr by an oil diffusion pump. To protect with a material,
Rotate at 0 rpm, oxygen is supplied from the nozzle near the substrate by 25 cc.
/ Minute while heating at 600 ° C. Here, a Si oxide film is formed on the surface of the substrate by thermal oxidation.
By this method, a Si oxide film of about 1 nm was formed.
【０１６２】次いで、その後、基板を９００℃に加熱し
回転させた。回転数は２０rpm とした。このとき、ノズ
ルから酸素ガスを２５cc／分の割合で導入し、基板上に
金属Ｚｒを蒸発源から蒸発させることにより、Ｚｒ金属
酸化物の膜厚に換算して５nmとなるように供給し、１×
１の表面構造を備えるＳｉ表面処理基板を得た。Next, the substrate was heated to 900 ° C. and rotated. The rotation speed was 20 rpm. At this time, oxygen gas is introduced from the nozzle at a rate of 25 cc / min, and metal Zr is evaporated onto the substrate from an evaporation source, so that the metal Zr is supplied to have a thickness of 5 nm in terms of the thickness of the Zr metal oxide. 1x
Thus, a Si surface-treated substrate having the surface structure of No. 1 was obtained.
【０１６３】さらに、このＳｉ表面処理基板上に、基板
温度９００℃、基板回転数２０rpm、ノズルから酸素ガ
スを２５cc／分の割合で導入した状態で金属Ｚｒを蒸発
源から供給することにより、ＺｒＯ2 膜を前記処理基板
上に得た。Further, metal Zr is supplied from the evaporation source onto the Si surface-treated substrate in a state where the substrate temperature is 900 ° C., the substrate rotation speed is 20 rpm, and oxygen gas is introduced from the nozzle at a rate of 25 cc / min. Two films were obtained on the processing substrate.
【０１６４】このようにして得られたZrO2膜が形成され
たＳｉ単結晶基板を蒸着基板として、これらの蒸着基板
上に、基板温度９００℃、基板回転数２０rpm 、ノズル
から酸素ガスを２５cc／分の割合で導入した状態で金属
Baと金属Tiとを1:1 の割合で蒸発源から供給することに
より、BaTiO3膜を前記蒸着基板上に得た。成膜初期に
は、ＴｉのみをＴｉＯ2 膜厚換算で０．５nm供給し、次
いで成膜速度を0.05nm/ｓとして2nm 成膜後、さらに成
膜速度を０．２nm/sに上げて形成した。Using the thus obtained Si single crystal substrate on which the ZrO 2 film was formed as a deposition substrate, a substrate temperature of 900 ° C., a substrate rotation speed of 20 rpm, and oxygen gas of 25 cc / cm. Metal at the rate of introduction
By supplying Ba and metal Ti at a ratio of 1: 1 from the evaporation source, a BaTiO 3 film was obtained on the deposition substrate. In the initial stage of film formation, only Ti is supplied at a thickness of 0.5 nm in terms of TiO 2 film thickness, then a film formation speed of 0.05 nm / s is formed, and then a film is formed at a thickness of 2 nm. Then, the film formation speed is further increased to 0.2 nm / s. did.
【０１６５】このようにしてSi(100)/ZrO2(001)(50n
m)/BaTiO3(001)(300nm)のエピタキシャル構造の記録媒
体を作製した。Thus, Si (100) / ZrO 2 (001) (50n
A recording medium having an epitaxial structure of m) / BaTiO 3 (001) (300 nm) was prepared.
【０１６６】また、の記録媒体においてＺｒＯ2 膜を
形成したのち、酸素は導入せず、Ｐｔ金属を蒸着しＰｔ
膜を形成するほかは同様にしてSi(111)/ZrO2(111)(50
nm)/Pt(111)(100nm)/HoMnO3(0001)(100nm)のエピタキシ
ャル構造の記録媒体を作製した。After the ZrO 2 film was formed on the recording medium, oxygen was not introduced, but Pt metal was deposited and Pt metal was deposited.
Except for the formation of a film, Si (111) / ZrO 2 (111) (50
nm) / Pt (111) (100 nm) / HoMnO 3 (0001) (100 nm).
【０１６７】のSi(111) 基板は、信号を大きくする目
的で、Siに分極電荷により空乏層を形成するため、p 型
で５Ωcmの半導体特性のものを用い、裏面にAlのオーミ
ック電極を形成し、記録媒体側の電極を取り出した。
のSi基板は0.01Ωcmのものを用い、Si基板自体が記録媒
体の電極になっている。においては、Ｐｔ膜が媒体の
電極で、リード線で電極を取り出した。得られた記録媒
体表面について、ＪＩＳ Ｂ０６１０による十点平均粗
さＲｚ（基準長さＬ：500nm ）を測定したところ、で
は平均で0.42nm、最大で1.5nm 、最小で0.14nmであっ
た。では平均で0.50nm、最大で1.25nm、最小で0.35nm
であった。では平均で0.32nm、最大で1.3nm 、最小で
0.2nm であった。そして、共に、測定箇所の８０
％以上でＲｚが０．６nm以下であった。また、X 線回折
およびRHEED により、の媒体の各強誘電体層がエ
ピタキシャル膜であることを確認した。の媒体表面の
RHEED パターンを図10に、Ｘ線回折の結果を図11に示
す。の媒体表面のRHEED パターンを図12に、Ｘ線回折
の結果を図13に示す。As the Si (111) substrate, a p-type semiconductor characteristic of 5 Ωcm was used to form a depletion layer by polarization charge on Si for the purpose of increasing the signal, and an Al ohmic electrode was formed on the back surface. Then, the electrode on the recording medium side was taken out.
The Si substrate of 0.01Ωcm is used, and the Si substrate itself is an electrode of the recording medium. In, the Pt film was a medium electrode and the electrode was taken out with a lead wire. When the ten-point average roughness Rz (reference length L: 500 nm) of the obtained recording medium surface was measured according to JIS B0610, the average was 0.42 nm, the maximum was 1.5 nm, and the minimum was 0.14 nm. 0.50 nm on average, 1.25 nm at maximum, 0.35 nm at minimum
Met. On average 0.32nm, maximum 1.3nm, minimum
0.2 nm. And, together, 80
% Or more and Rz was 0.6 nm or less. Further, it was confirmed by X-ray diffraction and RHEED that each ferroelectric layer of the medium was an epitaxial film. Of the media surface
The RHEED pattern is shown in FIG. 10, and the result of X-ray diffraction is shown in FIG. FIG. 12 shows an RHEED pattern of the surface of the medium, and FIG. 13 shows a result of X-ray diffraction.
【０１６８】上記のように構成した情報処理装置を用
い、の媒体について、記録再生を行った。はじめ
に媒体の記録面に10V のDCバイアスを加えて分極方向を
そろえたのち、-10Vの電圧で50nm間隔で分極反転を行う
ことにより記録した。その後、容量センサーを用いた読
み出しを行った結果、ビットに対応した信号を得ること
ができた。また、比較のために多結晶で表面凹凸が50nm
以上の強誘電体を用いた記録媒体を評価した。評価を明
確にするため、図１の装置の信号を画像化し、書き込み
ビットの形状を観察した。従来例の多結晶の記録媒体で
は、星型、棒状、など不定形のビットとなった。すなわ
ち、書き込みビットがノイズにより変形していた。本発
明による媒体では、ビットが円形であった。ビットの大
きさは、の順に小さくなった。では約60nmφの
ビットであった。したがって、本発明によると、記録ビ
ットがノイズにより変形することなくよって安定な記録
再生が行えることが確認された。Using the information processing apparatus configured as described above, recording and reproduction were performed on the medium. First, a DC bias of 10 V was applied to the recording surface of the medium to align the polarization directions, and then recording was performed by performing a polarization inversion at a voltage of -10 V at intervals of 50 nm. After that, as a result of reading using the capacitance sensor, a signal corresponding to the bit could be obtained. Also, for comparison, polycrystalline surface irregularities of 50 nm
The recording medium using the above ferroelectric was evaluated. In order to clarify the evaluation, the signal of the apparatus in FIG. 1 was imaged, and the shape of the write bit was observed. In the case of the conventional polycrystalline recording medium, the bit was irregular in shape, such as a star, a rod, or the like. That is, the write bit was deformed by noise. In the medium according to the invention, the bits were circular. The bit size decreased in the following order. It was a bit of about 60 nmφ. Therefore, according to the present invention, it was confirmed that stable recording and reproduction can be performed without the recording bit being deformed by noise.
【０１６９】実施例２ 実施例１の記録媒体と同様にして Si(100)/Y2O3(111)(50nm)/HoMnO3(0001)(100nm) のエ
ピタキシャル構造の記録媒体、 Si(100)/ZrO2(001)(50nm)/Pt(111)(100nm)/HoMnO3(00
01)(100nm)のエピタキシャル構造の記録媒体、 Si(111)/Y2O3(111)(50nm)/Pt(111) (100nm)/HoMnO3(0
001)(100nm) のエピタキシャル構造の記録媒体、 Si(100)/ZrO2(001)(50nm)/BaTiO3(001)(100nm)/Pt(00
1)(100nm)/BaTiO3(001)(100nm)のエピタキシャル構造の
記録媒体 を作製した。のSi(111) 基板は、信号を大きくする目
的で、Siに分極電荷により空乏層を形成するため、p 型
で５Ωcmの半導体特性のものを用い、裏面にAlのオーミ
ック電極を形成し、記録媒体側の電極を取り出した。
においては、Pt層が媒体の電極で、リード線で電極
を取り出した。得られた記録媒体表面を、ＪＩＳ Ｂ０
６１０による十点平均粗さＲｚ（基準長さＬ：500nm ）
を測定したところ、では平均で0.55nm、最大で1.5nm
、最小で0.13nmであった。では平均で0.43nm、最大
で1.4nm 、最小で0.3nm であった。では平均で0.40n
m、最大で1.2nm 、最小で0.3nm であった。では平均
で0.37nm、最大で1.5nm 、最小で0.2nm であった。そし
て、共に、測定箇所の８０％以上でＲｚが０．
６nm以下であった。また、X 線回折およびおよびRHEED
により、〜の媒体の各強誘電体層がエピタキシャル
膜であることを確認した。Example 2 A recording medium having an epitaxial structure of Si (100) / Y 2 O 3 (111) (50 nm) / HoMnO 3 (0001) (100 nm) was prepared in the same manner as the recording medium of Example 1. ) / ZrO 2 (001) (50nm) / Pt (111) (100nm) / HoMnO 3 (00
01) (100 nm) recording medium with an epitaxial structure, Si (111) / Y 2 O 3 (111) (50 nm) / Pt (111) (100 nm) / HoMnO 3 (0
001) (100 nm) recording medium with epitaxial structure, Si (100) / ZrO 2 (001) (50 nm) / BaTiO 3 (001) (100 nm) / Pt (00
1) A recording medium having an epitaxial structure of (100 nm) / BaTiO 3 (001) (100 nm) was prepared. For the purpose of increasing the signal, the Si (111) substrate used was a p-type semiconductor with a characteristic of 5 Ωcm to form a depletion layer due to polarized charges in Si. The electrode on the medium side was taken out.
In, the Pt layer was the electrode of the medium, and the electrode was taken out with a lead wire. The surface of the obtained recording medium is JIS B0
Ten-point average roughness Rz according to 610 (reference length L: 500 nm)
Was measured, the average was 0.55 nm and the maximum was 1.5 nm
Was 0.13 nm at the minimum. The average was 0.43 nm, the maximum was 1.4 nm, and the minimum was 0.3 nm. Then on average 0.40n
m, the maximum was 1.2 nm, and the minimum was 0.3 nm. The average was 0.37 nm, the maximum was 1.5 nm, and the minimum was 0.2 nm. In both cases, Rz is not less than 80% in 80% or more of the measurement points.
It was 6 nm or less. Also, X-ray diffraction and RHEED
As a result, it was confirmed that each ferroelectric layer of the medium was an epitaxial film.
【０１７０】この情報処理装置を用い、実施例１と全く
同様に、〜の媒体において、記録再生を行った結
果、ビットは円形であった。ビットの大きさは、
の順に小さくなった。では約60nmφのビットであっ
た。したがって、本発明によると、記録ビットがノイズ
により変形することなく、よって安定な記録再生が行え
ることが確認された。Using this information processing apparatus, recording and reproduction were performed on mediums 1 and 2 in exactly the same manner as in Example 1, and as a result, the bits were circular. The bit size is
It became smaller in order. It was a bit of about 60 nmφ. Therefore, according to the present invention, it was confirmed that recording bits were not deformed due to noise, and thus stable recording and reproduction could be performed.
【０１７１】実施例３ 図５に示すように、実施例１のの記録媒体にさらにDL
C の保護層を5nm の厚さに形成し、−Ａの記録媒体を
得た。保護層は、プラズマCVD を用いたカソードカップ
リングによる方法により形成した。真空槽内にCH4+H2の
ガスを1 ×１０ -1torr導入し、200Wのrf電力を投入し、
室温で形成し、記録媒体とした。なお、DLC 保護層を10
0nm の厚さに形成した試料では、DLC 保護層がアモルフ
ァスで絶縁体であることがわかっている。Embodiment 3 As shown in FIG. 5, the recording medium of Embodiment 1
A protective layer of C is formed to a thickness of 5 nm, and a recording medium of -A is formed.
Obtained. The protective layer is a cathode cup using plasma CVD.
It was formed by a method using a ring. CH in vacuum chamberFour+ HTwoof
1 x 10 gas -1Introduce torr, input 200W rf power,
Formed at room temperature to obtain a recording medium. Note that the DLC protective layer
In a sample formed to a thickness of 0 nm, the DLC protective layer
It is known to be an insulator.
【０１７２】この−Ａの媒体を用い、の媒体ととも
に、実施例１と同様に記録再生を行った。再生を105 回
行った後、そのビットの形状を調べた。DLC 保護層を形
成しないの媒体では、形状は円形をしていたが、ビッ
トの端面から中央部に対しコントラストが現れ、ビット
の周縁部が消えていることが確認された。このようにビ
ットの周縁部が消失すると、信号強度が弱くなり、再生
が不可能となってしまう。また、ビット以外の領域に
は、プローブの接触によるとみられるノイズがみられ
た。一方、本実施例の−Ａの媒体では、ビットは円形
で記録直後に対し変化はみられなかった。さらに、ビッ
ト以外の領域にもノイズはみられず、プローブの衝突な
どによる機械的ダメージにも強いことが判明した。Using the medium of -A, recording and reproduction were performed in the same manner as in Example 1 together with the medium of -A. After play 10 5 times was investigated the shape of the bit. In the medium without the DLC protective layer formed, the shape was circular, but it was confirmed that contrast appeared from the end face of the bit to the center, and the peripheral part of the bit disappeared. When the peripheral portion of the bit disappears in this manner, the signal strength becomes weak, and reproduction becomes impossible. In addition, in the area other than the bit, noise was observed that was considered to be caused by the contact of the probe. On the other hand, in the medium of -A of the present embodiment, the bit was circular and no change was observed from immediately after recording. Further, no noise was observed in the area other than the bit, and it was found that the apparatus was resistant to mechanical damage due to a probe collision or the like.
【０１７３】実施例４ 図５に示すように、実施例１のの記録媒体にさらに、
B 、P およびSiを含む保護層を10nmの厚さに形成し、
−Ｂの記録媒体を得た。この保護層は、グロー放電分解
（プラズマ分解）法により形成した。原料ガスとして、
BH3 、PH3 およびSiH4を１０：３：７の割合で水素をキ
ャリヤーとして真空槽内に０．２Torr導入し、300Wの r
f 電力を投入し、室温で形成し、記録媒体とした。な
お、同組成の保護層を200nm の厚さに形成した試料で
は、保護層はアモルファスで、抵抗率が５×１０6 Ωcm
であることをあらかじめ確認している。保護層の組成
は、蛍光Ｘ線分析で分析してＢ：Ｐ：Ｓｉ＝１０：３．
２５：８．０３であった。Embodiment 4 As shown in FIG. 5, the recording medium of Embodiment 1 is further provided with
Forming a protective layer containing B, P and Si to a thickness of 10 nm;
-B recording medium was obtained. This protective layer was formed by a glow discharge decomposition (plasma decomposition) method. As a raw material gas,
BH 3 , PH 3 and SiH 4 were introduced at a ratio of 10: 3: 7 with hydrogen as a carrier into a vacuum chamber at 0.2 Torr, and r of 300 W was applied.
f Power was applied to form a recording medium at room temperature. In a sample in which a protective layer of the same composition was formed to a thickness of 200 nm, the protective layer was amorphous and had a resistivity of 5 × 10 6 Ωcm.
Is confirmed in advance. The composition of the protective layer was analyzed by X-ray fluorescence analysis and B: P: Si = 10: 3.
25: 8.03.
【０１７４】この−Ｂ媒体を用い、の媒体ととも
に、実施例１と同様に記録再生を行なったところ、良好
な書き込み読み出しを確認した。さらに保護層を形成し
ないの媒体で再生を109 回行った後、AFM プローブを
観察するとその先端部が破壊していた。一方、本実施例
の−Ｂの媒体では、再生を109 回行った後でもAFM プ
ローブに変化はみられず安定に読み出しが行えた。プロ
ーブの破壊は、強誘電体の焦電効果、結晶欠陥等で強誘
電体層表面に局在的に発生する電荷の集中によるものと
考えられる。本実施例の保護層は局所的に発生する電荷
を分散させる効果がある。When recording and reproduction were performed in the same manner as in Example 1 using this -B medium and this medium, good writing and reading were confirmed. After play 10 9 times with medium without forming the protective layer Further, the tip was destroyed when observing the AFM probe. On the other hand, the -B medium of the present embodiment, change in the AFM probe even after play 10 9 times was performed is read stably not observed. It is considered that the destruction of the probe is due to the concentration of charges locally generated on the surface of the ferroelectric layer due to the pyroelectric effect of the ferroelectric, crystal defects, and the like. The protective layer of this embodiment has the effect of dispersing the locally generated charges.
【０１７５】実施例５ 図６に示すように、実施例１のの記録媒体にさらに固
体潤滑材として、フタロシアニンの潤滑層を5nm の厚さ
に形成し、−Ｃの記録媒体を得た。フタロシアニン膜
は、蒸着装置を用い、フタロシアニンを抵抗加熱により
蒸発させ、室温で形成した。Example 5 As shown in FIG. 6, a phthalocyanine lubricating layer having a thickness of 5 nm was further formed as a solid lubricant on the recording medium of Example 1 to obtain a -C recording medium. The phthalocyanine film was formed at room temperature by evaporating phthalocyanine by resistance heating using an evaporation apparatus.
【０１７６】この−Ｃの媒体を用い、の媒体ととも
に、実施例１と同様に記録再生を行った。再生を105 回
行った後、そのビットの形状を調べた。潤滑層を形成し
ないの媒体では、実施例３と同様に、形状は円形をし
ていたが、ビットの端面から中央部に対しコントラスト
が現れ、ビットの周縁部が消えていることが確認され
た。また、ビット以外の領域には、プローブの接触によ
るとみられるノイズがみられた。一方、本実施例の−
Ｃの媒体では、ビットは円形で記録直後に対し変化はみ
られなかった。さらに、ビット以外の領域にもノイズは
みられずプローブの衝突などによる機械的ダメージもう
けていないことが判明した。Using the medium of -C, recording and reproduction were performed in the same manner as in Example 1 together with the medium of -C. After play 10 5 times was investigated the shape of the bit. In the medium in which the lubricating layer was not formed, the shape was circular, as in Example 3. However, it was confirmed that contrast appeared from the end face of the bit to the center, and the peripheral part of the bit disappeared. . In addition, in the area other than the bit, noise was observed that was considered to be caused by the contact of the probe. On the other hand,-
In the medium C, the bits were circular and no change was observed immediately after recording. Further, it was found that no noise was observed in the area other than the bit, and no mechanical damage was caused by the collision of the probe.
【０１７７】実施例６ 実施例１のの記録媒体をフッ素系オイルにディップ
し、−Ｄの記録媒体とした。この状態で厚さ約２μm
の液体層が媒体表面にコートされた状態となっている。
ここでプローブは、液体内に埋没し、液体中におけるビ
ット信号の検出を行う。Example 6 The recording medium of Example 1 was dipped in fluorine-based oil to obtain a -D recording medium. About 2μm thick in this state
Is coated on the medium surface.
Here, the probe is buried in the liquid and detects a bit signal in the liquid.
【０１７８】この−Ｄの媒体を用い、の媒体ととも
に、実施例１と同様に記録再生を行った。実施例３で述
べたように、再生を105 回行った後、そのビットの形状
を調べた。液体層を形成しない媒体では、形状は円形を
していたが、ビットの端面から中央部に対しコントラス
トが現れ、ビットの周縁部が消えていることが確認され
た。また、ビット以外の領域には、プローブの接触によ
るとみられるノイズがみられた。一方、液体層を形成し
た本実施例の−Ｄの媒体では、ビットは円形で記録直
後に対し変化はみられなかった。さらに、ビット以外の
領域にもノイズはみられずプローブの衝突などによる機
械的ダメージもうけていないことが判明した。Using the medium of -D, recording and reproduction were performed in the same manner as in Example 1 together with the medium of -D. As described in Example 3, after play 10 5 times was investigated the shape of the bit. In the medium in which the liquid layer was not formed, the shape was circular, but it was confirmed that contrast appeared from the end face of the bit to the center, and the peripheral part of the bit disappeared. In addition, in the area other than the bit, noise was observed that was considered to be caused by the contact of the probe. On the other hand, in the medium of -D according to the present embodiment in which the liquid layer was formed, the bit was circular and no change was observed immediately after recording. Further, it was found that no noise was observed in the area other than the bit, and no mechanical damage was caused by the collision of the probe.
【０１７９】実施例７ 図７に示すように、浮上スライダー１９に搭載された容
量プローブ２０と、回転する記録媒体１８（実施例１の
の記録媒体）とを用い、記録再生を行った。記録媒体
に２点のみのビットを形成し、このビット上を通過する
ときに検出されるプローブ信号をモニターした。浮上ス
ライダー上に搭載せず、通常のプローブのみでは、媒体
の１回転でプローブ先端が破壊した。一方の本実施例の
浮上スライダーを用いたプローブでは、破壊は見られ
ず。1000回以上の信号読みとりが可能であった。Example 7 As shown in FIG. 7, recording and reproduction were performed using a capacitance probe 20 mounted on a flying slider 19 and a rotating recording medium 18 (the recording medium of Example 1). Only two bits were formed on the recording medium, and a probe signal detected when passing over these bits was monitored. With a normal probe alone without mounting on the flying slider, the probe tip was broken by one rotation of the medium. On the other hand, no destruction was observed with the probe using the flying slider of the present embodiment. More than 1000 signal readings were possible.
【０１８０】実施例８ 実施例１と同様にして、Si(100)/ZrO2(001)(50nm)/Ba
TiO3(001)(100nm)/Pt(001)(100nm)/SBN(001)(300nm) の
エピタキシャル構造の記録媒体を作製した。ＳＢＮ膜
は、Si(100)/ZrO2(001)(50nm)/BaTiO3(001)(100nm)/Pt
(001)(100nm) 構造を基板とし、基板温度を７００℃と
し、基板を２０rpm で回転させながら、ノズルから酸素
ガスを２５cc／分の割合で導入した状態で、金属Ｓｒ、
金属Ｂａおよび金属Ｎｂを０．２５：０．７５：２の割
合で蒸発源から供給することにより形成した。Example 8 In the same manner as in Example 1, Si (100) / ZrO 2 (001) (50 nm) / Ba
A recording medium having an epitaxial structure of TiO 3 (001) (100 nm) / Pt (001) (100 nm) / SBN (001) (300 nm) was prepared. The SBN film is composed of Si (100) / ZrO 2 (001) (50nm) / BaTiO 3 (001) (100nm) / Pt
With the (001) (100 nm) structure as a substrate, the substrate temperature was set to 700 ° C., and while rotating the substrate at 20 rpm, oxygen gas was introduced from the nozzle at a rate of 25 cc / min.
It was formed by supplying metal Ba and metal Nb at a ratio of 0.25: 0.75: 2 from an evaporation source.
【０１８１】このＳＢＮ膜の組成を蛍光Ｘ線分析により
調べたところ、モル比でＳｒ：Ｂａ：Ｎｂ＝８．４：２
５．２：６６．４であった。この媒体表面のＲＨＥＥＤ
パターンを図１４に、Ｘ線回折の結果を図１５に示す。
図１４、１５から、このＳＢＮ膜が単一配向膜であるこ
とがわかる。また、ＡＦＭにより測定したＳＢＮ膜表面
の起伏パターンを図１６に示す。ＳＢＮ膜表面の十点平
均粗さＲｚを上記実施例と同様にして測定したところ、
平均で２５．２nmであった。When the composition of this SBN film was examined by X-ray fluorescence analysis, the molar ratio was Sr: Ba: Nb = 8.4: 2.
5.2: 66.4. RHEED on the surface of this medium
FIG. 14 shows the pattern, and FIG. 15 shows the result of X-ray diffraction.
14 and 15 that the SBN film is a single alignment film. FIG. 16 shows the undulation pattern of the SBN film surface measured by AFM. When the ten-point average roughness Rz of the SBN film surface was measured in the same manner as in the above example,
The average was 25.2 nm.
【０１８２】次に、ＳＢＮ膜表面を平坦化するため、メ
カノケミカル研磨を行った。この研磨は、通常のＳｉウ
エハ研磨に用いる方法に準じて行った。具体的には、強
アルカリ液中にコロイダルシリカを分散させた研磨材と
研磨布とを使用する方法であり、アルカリによる化学研
磨とシリカによる機械研磨とを組み合わせたものであ
る。研磨後のＳＢＮ膜表面のＡＦＭによる起伏パターン
を図１７に示す。研磨後のＳＢＮ膜表面十点平均粗さＲ
ｚを上記と同様にして測定したところ、平均で1.40nm、
最大で1.85nm、最小で0.40nmであり、平坦化がなされた
ことが確認された。ＳＢＮ膜の厚さを測定することによ
り削り代を求めたところ、約１００nmであった。Next, in order to flatten the surface of the SBN film, mechanochemical polishing was performed. This polishing was performed according to the method used for normal Si wafer polishing. Specifically, this is a method using an abrasive and a polishing cloth in which colloidal silica is dispersed in a strong alkaline liquid, and is a combination of chemical polishing with alkali and mechanical polishing with silica. FIG. 17 shows the undulation pattern by AFM on the SBN film surface after polishing. SBN film surface ten-point average roughness R after polishing
When z was measured in the same manner as above, the average was 1.40 nm,
The maximum was 1.85 nm and the minimum was 0.40 nm, and it was confirmed that planarization was performed. When the thickness of the SBN film was measured to determine the stock removal, it was about 100 nm.
【０１８３】研磨後の媒体に対し、実施例１と同様に記
録再生を行ったところ、記録ビットは円形であって表面
凹凸の影響による変形は見られず、安定な記録再生が可
能であった。Recording and reproduction were performed on the polished medium in the same manner as in Example 1. As a result, the recording bit was circular, no deformation was observed due to the influence of the surface irregularities, and stable recording and reproduction was possible. .
【０１８４】＜実施例９＞まず、上記実施例と同様にし
て、Si(100)/ZrO2(001)(10nm)/BaTiO3(001)(50nm)/Pt(0
01)(100nm)エピタキシャル構造を作製し、これを基板と
して６００℃に加熱し、２０rpm で回転させた。そし
て、ＥＣＲ酸素源からラジカル酸素ガスを１０cc／分の
割合で導入し、基板上にＰｂＯ、ＴｉＯx （ｘ＝１．６
７）およびＰｒをそれぞれの蒸発源から蒸発させること
により、Ｐｂ−Ｐｒ−Ｔｉ複合酸化物（ＰＰＴ）からな
る膜厚３００nmの強誘電体層を形成し、媒体を得た。形
成されたＰＰＴ薄膜の組成を蛍光Ｘ線分析により調べた
ところ、 （Ｐｂ＋Ｐｒ）／Ｔｉ＝１．００、 Ｐｂ／（Ｐｂ＋Ｐｒ）＝０．９２ であった。<Embodiment 9> First, similarly to the above embodiment, Si (100) / ZrO 2 (001) (10 nm) / BaTiO 3 (001) (50 nm) / Pt (0
01) A (100 nm) epitaxial structure was prepared, and this was heated as a substrate to 600 ° C. and rotated at 20 rpm. Then, radical oxygen gas was introduced from the ECR oxygen source at a rate of 10 cc / min, and PbO and TiO x (x = 1.6
7) By evaporating and Pr from the respective evaporation sources, a ferroelectric layer having a thickness of 300 nm made of a Pb-Pr-Ti composite oxide (PPT) was formed to obtain a medium. When the composition of the formed PPT thin film was examined by fluorescent X-ray analysis, it was (Pb + Pr) /Ti=1.00, and Pb / (Pb + Pr) = 0.92.
【０１８５】この媒体に、空気中において７５０℃で１
０分間アニールを施したものを媒体−１とし、空気中
において５５０℃で１０分間アニールを施したものを媒
体−２とした。また、これらの他、強誘電体層の厚さ
を５０nmとした以外は媒体−１と同様にして媒体を
作製した。媒体−１、−２およびのＸ線回折の結
果を、それぞれ図１８、図１９および図２０に示す。媒
体−１では（００１）配向と（１００）配向とが混在
している。これに対し、強誘電体層の厚さは同じである
がアニール温度を低くした媒体−２、およびアニール
温度は同じであるが強誘電体層を薄くした媒体では、
媒体−１でみられた（１００）ピークが消失し、強誘
電体層が（００１）単一配向となっていることがわか
る。また、ＲＨＥＥＤパターンから、媒体−２および
媒体の各強誘電体層がエピタキシャル膜であることが
確認された。また、各媒体の強誘電体層について、上記
と同様にしてＲｚを測定したところ、全ての媒体で測定
箇所の８０％以上においてＲｚが２nm以下であったが、
Ｒｚの最小値は、単一配向膜ではない媒体−１では
１．３８nmであったのに対し、媒体−２では１．２nm
と平坦になっており、また、強誘電体層が薄い媒体で
は１．０nmであり、より平坦であった。This medium is heated at 750 ° C. in air for 1 hour.
Medium 1 was annealed for 0 minutes, and medium 2 was annealed in air at 550 ° C. for 10 minutes. In addition, a medium was prepared in the same manner as in the medium 1, except that the thickness of the ferroelectric layer was changed to 50 nm. The results of X-ray diffraction of Medium-1, -2 and Medium are shown in FIGS. 18, 19 and 20, respectively. In the medium-1, the (001) orientation and the (100) orientation are mixed. On the other hand, in the medium-2 in which the thickness of the ferroelectric layer is the same but the annealing temperature is lowered, and in the medium in which the annealing temperature is the same but the ferroelectric layer is thinner,
The (100) peak observed in Medium-1 disappears, indicating that the ferroelectric layer has a (001) single orientation. From the RHEED pattern, it was confirmed that the ferroelectric layers of the medium-2 and the medium were epitaxial films. When the Rz of the ferroelectric layer of each medium was measured in the same manner as described above, Rz was 2 nm or less at 80% or more of the measurement points in all the media.
The minimum value of Rz was 1.38 nm for Medium-1 which was not a single alignment film, whereas it was 1.2 nm for Medium-2.
In the medium having a thin ferroelectric layer, the thickness was 1.0 nm, which was flatter.
【０１８６】また、書き込みビットの形状は全ての媒体
で円形であり、かつビットの大きさの最小値はいずれも
約60nmφであったが、媒体−１では、ビット形成のた
めに電圧を加えた箇所の半数以上でビットが形成されて
いなかった。ビット形成が不可能であった箇所は、（１
００）配向領域に相当すると考えられる。Further, the shape of the write bit was circular in all the media, and the minimum value of the bit size was about 60 nmφ in all cases. However, in the medium-1, a voltage was applied to form the bit. Bits were not formed in more than half of the locations. The places where bit formation was not possible are (1
00) It is considered to correspond to the orientation region.
【０１８７】[0187]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の記録媒体
の強誘電体層は、結晶軸が単一配向している薄膜でかつ
その表面が分子レベルで平坦である。したがって、AFM
またはSTM メモリーで必要とされる極めて高い平滑度を
有し、かつ結晶性も均一であるため、ビットを形成した
場合ノイズが少なく高速動作が可能となる。また、強誘
電体層の表面に保護層や潤滑層を形成することにより、
繰り返しのデータ書き換えに耐える高信頼性の記録媒体
が実現する。As described above, the ferroelectric layer of the recording medium of the present invention is a thin film having a uniaxially oriented crystal axis and its surface is flat at the molecular level. Therefore, AFM
Alternatively, it has extremely high smoothness required for an STM memory and uniform crystallinity, so that when bits are formed, noise is reduced and high-speed operation is possible. Also, by forming a protective layer and a lubricating layer on the surface of the ferroelectric layer,
A highly reliable recording medium that can withstand repeated data rewriting is realized.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明の情報処理装置の構成例を模式的に示す
説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration example of an information processing apparatus according to the present invention.
【図２】本発明の記録媒体の構成の一例を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a recording medium according to the present invention.
【図３】本発明の記録媒体の構成の他の一例を示す断面
図である。FIG. 3 is a sectional view showing another example of the configuration of the recording medium of the present invention.
【図４】本発明の記録媒体の構成のさらに他の一例を示
す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing still another example of the configuration of the recording medium of the present invention.
【図５】本発明の保護層を備える記録媒体の構成の一例
を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a recording medium including a protective layer of the present invention.
【図６】本発明の潤滑層を備える記録媒体の構成の一例
を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a recording medium including a lubricating layer of the present invention.
【図７】本発明の情報処理装置における浮上スライダー
に搭載されたプローブおよび記録媒体部分の構成の一例
を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an example of a configuration of a probe and a recording medium portion mounted on a flying slider in the information processing apparatus of the present invention.
【図８】本発明の情報処理装置における浮上スライダー
に搭載されたプローブおよび記録媒体部分の構成の他の
一例を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing another example of the configuration of the probe and the recording medium portion mounted on the flying slider in the information processing apparatus of the present invention.
【図９】本発明の情報処理装置における浮上スライダー
に搭載されたプローブおよび記録媒体部分の構成のさら
に他の一例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing still another example of the configuration of the probe and the recording medium portion mounted on the flying slider in the information processing apparatus of the present invention.
【図１０】Si(111)/ZrO2(111)/HoMnO3(0001)エピタキシ
ャル構造の記録媒体表面の表面結晶構造を示す図面代用
写真であって、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から電
子線を入射した場合のＲＨＥＥＤパターンを示す図であ
る。FIG. 10 is a drawing substitute photograph showing a surface crystal structure of a recording medium surface having a Si (111) / ZrO 2 (111) / HoMnO 3 (0001) epitaxial structure, and shows electrons from a [110] direction of a Si single crystal substrate. It is a figure which shows the RHEED pattern when a line is incident.
【図１１】Si(111)/ZrO2(111)/HoMnO3(0001)のエピタキ
シャル構造の２θ−θＸ線回折図である。FIG. 11 is a 2θ-θ X-ray diffraction diagram of an epitaxial structure of Si (111) / ZrO 2 (111) / HoMnO 3 (0001).
【図１２】Si(001)/ZrO2(001)/BaTiO3(001) エピタキシ
ャル構造の記録媒体表面の表面結晶構造を示す図面代用
写真であって、Ｓｉ単結晶基板の[110] 方向から電子線
を入射した場合のＲＨＥＥＤパターンを示す図である。FIG. 12 is a drawing substitute photograph showing a surface crystal structure of a recording medium surface having an epitaxial structure of Si (001) / ZrO 2 (001) / BaTiO 3 (001). It is a figure which shows the RHEED pattern when a line is incident.
【図１３】Si(001)/ZrO2(001)/BaTiO3(001) エピタキシ
ャル構造の２θ−θＸ線回折図である。FIG. 13 is a 2θ-θ X-ray diffraction diagram of a Si (001) / ZrO 2 (001) / BaTiO 3 (001) epitaxial structure.
【図１４】Si(100)/ZrO2(001)/BaTiO3(001)/Pt(001)/SB
N(001)構造の記録媒体表面の表面結晶構造を示す図面代
用写真であって、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から
電子線を入射した場合のＲＨＥＥＤパターンを示す図で
ある。FIG. 14: Si (100) / ZrO 2 (001) / BaTiO 3 (001) / Pt (001) / SB
FIG. 4 is a drawing substitute photograph showing a surface crystal structure of the surface of a recording medium having an N (001) structure, and is a diagram showing an RHEED pattern when an electron beam is incident from the [110] direction of a Si single crystal substrate.
【図１５】Si(100)/ZrO2(001)/BaTiO3(001)/Pt(001)/SB
N(001)構造の２θ−θＸ線回折図である。FIG. 15: Si (100) / ZrO 2 (001) / BaTiO 3 (001) / Pt (001) / SB
FIG. 3 is a 2θ-θ X-ray diffraction diagram of an N (001) structure.
【図１６】薄膜を表わす図面代用写真であって、ＡＦＭ
により測定されたSi(100)/ZrO2(001)/BaTiO3(001)/Pt(0
01)/SBN(001)構造におけるSBN 膜表面の起伏パターンで
ある。FIG. 16 is a drawing substitute photograph showing a thin film, showing AFM.
Si (100) / ZrO 2 (001) / BaTiO 3 (001) / Pt (0
01) / Uneven pattern of the SBN film surface in the SBN (001) structure.
【図１７】薄膜を表わす図面代用写真であって、図１６
のSBN 膜表面を研磨した後にＡＦＭにより測定されたSB
N 膜表面の起伏パターンである。17 is a drawing substitute photograph showing a thin film, and FIG.
SB measured by AFM after polishing SBN film surface
This is the undulation pattern of the N film surface.
【図１８】Si(100)/ZrO2(001)/BaTiO3(001)/Pt(001)/PP
T 構造（ＰＰＴ膜の厚さ３００nm）を７５０℃でアニー
ルした後の２θ−θＸ線回折図である。FIG. 18: Si (100) / ZrO 2 (001) / BaTiO 3 (001) / Pt (001) / PP
FIG. 3 is a 2θ-θ X-ray diffraction diagram after annealing a T structure (PPT film thickness 300 nm) at 750 ° C.
【図１９】Si(100)/ZrO2(001)/BaTiO3(001)/Pt(001)/PP
T 構造（ＰＰＴ膜の厚さ３００nm）を５５０℃でアニー
ルした後の２θ−θＸ線回折図である。FIG. 19: Si (100) / ZrO 2 (001) / BaTiO 3 (001) / Pt (001) / PP
FIG. 9 is a 2θ-θ X-ray diffraction diagram after annealing a T structure (PPT film thickness 300 nm) at 550 ° C.
【図２０】Si(100)/ZrO2(001)/BaTiO3(001)/Pt(001)/PP
T 構造（ＰＰＴ膜の厚さ５０nm）を７５０℃でアニール
した後の２θ−θＸ線回折図である。FIG. 20: Si (100) / ZrO 2 (001) / BaTiO 3 (001) / Pt (001) / PP
FIG. 9 is a 2θ-θ X-ray diffraction diagram after annealing a T structure (PPT film thickness 50 nm) at 750 ° C.
１ 導電性AFM プローブ ２ 記録媒体 ３ XY走査駆動機構 ７ 容量センサ ８ ロックインアンプ ９ レーザービーム １０ 変位検知フォトディテクター １１ オーミック電極 １２１ 半導体基板 １２２ 導電性基板 １２３ 基板 １３ 強誘電体層 １５ 電極層 １６ 保護層 １７ 潤滑層 １８ 記録媒体 １９ 浮上スライダー ２０ プローブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive AFM probe 2 Recording medium 3 XY scanning drive mechanism 7 Capacitance sensor 8 Lock-in amplifier 9 Laser beam 10 Displacement detection photodetector 11 Ohmic electrode 121 Semiconductor substrate 122 Conductive substrate 123 Substrate 13 Ferroelectric layer 15 Electrode layer 16 Protection Layer 17 Lubrication layer 18 Recording medium 19 Flying slider 20 Probe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−282717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−193349（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−342920（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−236988（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-5-282717 (JP, A) JP-A-63-193349 (JP, A) JP-A-6-342920 (JP, A) JP-A-6-342920 236988 (JP, A)