セミナー：次世代ナノスケールメモリーの薄膜・ドット・界面制御
第35回 薄膜・表面物理セミナー （2007）
概要
主催
応用物理学会 薄膜・表面物理分科会
協賛
日本物理学会、日本化学会、日本金属学会、日本表面科学会、電子情報通信学会、電気学会、日本真空協会、日本顕微鏡学会（依頼中）
概要
近年半導体技術及び市場の牽引者であるメモリー製品の将来動向が注目されています．この理由として、従来の記録素子が微細化限界を迎えつつあること、次世代ナノスケールメモリーでは素子内の薄膜・ドット・界面で生じる新しい物理現象の原理的理解が急務であることなどが考えられます．本セミナーでは、微細化が急ピッチで進むフラッシュメモリーから先物メモリーまでの最新研究動向だけでなく、ナノサイズの各種材料における薄膜・ドット・界面制御の重要性を絡めて紹介いたします．
日時
平成19年7月17日(火) 10:00-17:00
18日(水) 10:00-16:50
場所
早稲田大学 小野記念講堂
（東京都新宿区西早稲田1-6-1）
http://www.waseda.jp/cac/html/access03.htm （西早稲田キャンパスアクセスマップ）
http://www.waseda.jp/jp/culture/map.html （キャンパス内マップ）
プログラム（題目をクリックすると要旨がご覧になれます）
7月17日(火)
| 日時 | 講演題目 | 講師 |
|---|---|---|
| 10:00-11:00 | ナノスケールメモリーの将来展望とその重要性 | 岩井 洋 （東工大） |
| 11:00-11:50 | NAND型フラッシュメモリーの現状とその将来展望 | 遠藤哲郎 （東北大） |
| 11:50-13:20 | 昼休憩 | |
| 13:20-14:10 | MONOS型メモリーの電子および正孔トラップの解析 | 石田 猛 （日立） |
| 14:10-15:00 | SNDMを用いたFlashメモリの蓄積電荷の可視化(MONOS型ならびにFloating-Gate型メモリセル中の電荷分布) | 本田耕一郎 （富士通研） |
| 15:00-15:20 | 休憩 | |
| 15:20-16:10 | Si系量子ドットを用いた浮遊ゲートメモリー（ナノドットへの電荷捕獲） | 宮崎誠一 （広大） |
| 16:10-17:00 | Siナノクリスタルを用いた２重トンネル接合メモリー（Siクリスタルを介した電子のトンネル現象） | 大場竜二 （東芝） |
7月18日(水)
| 日時 | 講演題目 | 講師 |
|---|---|---|
| 10:00-10:50 | MgOトンネル磁気抵抗素子の巨大TMR効果とMRAMおよびHDD磁気ヘッドへの応用 | 湯浅新治 （産総研） |
| 10:50-11:40 | FeRAMの最近の進展と強誘電体ゲート構造メモリ | 徳光永輔 （東工大） |
| 11:40-13:10 | 昼休憩 | |
| 13:10-14:00 | 相変化メモリの動向 | 高浦則克 （日立） |
| 14:00-14:50 | 金属/酸化物/金属構造における電気抵抗スイッチング現象 | 井上 公 （産総研） |
| 14:50-15:10 | 休憩 | |
| 15:10-16:00 | カルコゲン薄膜応用ナノスケール光超解像ディスクとその応用 - SUPER-RENS | 富永淳二 （産総研） |
| 16:00-16:50 | 熱アシスト磁気記録用高効率近接場光発生素子の開発 | 松本拓也 （日立） |
参加費
テキスト代、消費税含む
| 薄膜・表面物理分科会会員 * | 応用物理学会会員 ** 協賛学協会会員 |
学生 | その他 |
|---|---|---|---|
| 15,000円 | 20,000円 | 3,000円 | 25,000円 |
* 薄膜・表面物理分科会賛助会社の方は分科会会員扱いといたします．
** 応用物理学会賛助会社の方は，応用物理学会会員扱いといたします．
現在非会員の方でも，参加登録時に薄膜・表面物理分科会 ( 年会費 A 会員： 3,000 円， B 会員： 2,200 円 ) にご入会いただければ，本セミナーより会員扱いとさせていただきます．
http://www.jsap.or.jp/ より入会登録を行い，仮会員番号を取得後，本セミナーにお申込み下さい． 入会決定後，年会費請求書をお送りいたします．（年会費をセミナー参加費と同時にお振込なさらないで下さい）
定員
100名(満員になり次第締め切ります)
参加申込締切
2007年7月3日(火) 7月12日(木)
参加申込方法
ここから参加登録してください．
参加登録完了後，下記銀行口座に参加費をご連絡いただいた期日までにお振込ください．原則として参加費の払い戻し，請求書の発行は致しません．領収書は当日会場にてお渡しいたします．
受講費振込先
三井住友銀行 本店営業部（本店も可）
普通預金 口座番号： 9474715
(社) 応用物理学会 薄膜・表面物理分科会
(ｼｬ) ｵｳﾖｳﾌﾞﾂﾘｶﾞｯｶｲﾊｸﾏｸ・ﾋｮｳﾒﾝﾌﾞﾂﾘﾌﾞﾝｶｶｲ
セミナー内容問合せ先
東京大学 工学系研究科物理工学専攻
目良 裕
TEL：03-5841-6852
FAX：03-5841-6852
E-mail：mera@exp.t.u-tokyo.ac.jp
(株)東芝 LSI 基盤技術ラボラトリー
村岡 浩一
TEL: 045-770-3229
FAX: 045-770-3286
E-mail：muraoka@amc.toshiba.co.jp
参加登録問合せ先
応用物理学会事務局分科会担当
伊丹 文子
TEL：03-3238-1043
FAX：03-3221-6245
E-mail：divisions@jsap.or.jp
講演詳細
講演題目
ナノスケールメモリーの将来展望とその重要性
講師
岩井 洋（東工大）
昨年9月にSamsungより32GbitのNANDフラッシュメモリの試作成功のアナウンスがあり、一昔前までは夢物語であった、100Gbit級や更にはTbit級のメモリの実現が手に届くところに来ているということが実感されるようになった。実際Samsungは2010年には256Gbitのフラッシュメモリの実現を行なうとのアナウンスを行なっている。市場にメモリへの大容量化、高速化、低消費電力化、低コスト化の要求は毎年留まることなく増大しているが、これを満たすために新材料・新構造・新原理のナノスケールメモリーの研究開発が、この数年来大変に活発になって来ており、メモリの開発の新時代を迎えようとしている。本講演では、各種新材料・新構造・新原理のナノスケールメモリー技術に関してその重要性と将来展望を考察する。
講演題目
NAND型フラッシュメモリーの現状とその将来展望
講師
遠藤哲郎（東北大）
ＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、ファイルメモリとして携帯電話、デジタルカメラ、メモリカード、ＵＳＢメモリなど、近年身近で使われている半導体不揮発性メモリである。このＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、既存の半導体デバイスと同様に、フロッピーディスク、ハードディスク、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤなどの既存の不揮発性記憶装置と比較して、回転モータなどの機械部品を必要としないため、軽く且つコンパクトにシステムを構成することを可能にする。さらに、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、１個のＭＯＳデバイスでメモリセルを構成する事ができ、且つそのメモリセルをコンタクトレスアレイ方式で集積化しているため、既存の半導体不揮発性メモリよりも、高集積化に優れ、安く製造することができる。これらの特徴を生かして、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、その集積度の向上と共に、文書ファイル等のファイルストレージから始まり、静止画像データを取り扱うデジタルカメラ、音楽データを取り扱うＭＰ3プレーヤー、さらには動画データを取り扱うデジタルムービーにまで幅広く活用されるようになって来た。
本論文では、上記のような発展を実現してきたＮＡＮＤ型フラッシュメモリのデバイス構造からその動作原理等を、その他の半導体不揮発性メモリと比較しながら示す。そして、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの半導体デバイスとしての優位性のみならず、システムから見たその特徴を明らかにすることで、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの現状を示す。
最後に、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの課題をデバイス的観点とシステム的観点から考察し、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの将来を展望し、まとめとする。
講演題目
MONOS型メモリーの電子および正孔トラップの解析
講師
石田 猛（日立）
NROMに代表されるMONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-silicon)型不揮発性メモリーはCMOSプロセス技術で製造できることから，マイコン混載用の不揮発メモリーに用いられてきた．近年はその優れたスケーラビリティを生かした大容量メモリーへの応用も進んでいる．高速書換えのためにMONOS型メモリーにChannel Hot Electron書込みBand-to-Band Tunneling-induced Hot Hole消去を用いた場合，電子と正孔は注入される位置が異なるため，書換え後に完全には再結合せず，空間的に離れて残る．これを電荷の局在と呼び，局在する電荷量は書換え回数と共に増加する．電荷が局在するとサブスレッショルド特性が劣化するため，書込み･消去時間が増加する．また，電荷が局在しているMONOS型メモリーを高温で放置すると，局在した電子と正孔がトラップ間を移動し，電荷の再分布が起こる．再分布した電子と正孔が再結合すると，リテンション特性が劣化するという問題がある．
本報告では，MONOS型不揮発性メモリーの高信頼化を目的に，MONOS構造内のトラップ分布の解析手法の確立とトラップの起源のモデル化，注入電荷の局在解消方法の提案を行う．アバランシェ注入とC-V測定を窒化膜の膜厚を変化させたMONOS構造キャパシタに行うことによって，電子及び正孔トラップの分布を解析した．その結果，電子はトップ酸化膜/窒化膜界面と窒化膜/ボトム酸化膜界面に捕獲され，正孔はこの両界面に加えて窒化膜バルク中にも捕獲されることが分かった．第一原理計算より，正孔トラップの起源は窒化膜中のSi dangling Bondであり，電子トラップの起源は3配位酸素とSiのボンドであると考えられる．電荷の局在解消方法として，窒化膜を従来のSi3N4からSi-rich silicon nitrideに置き換え，窒化膜に浅い電子トラップを導入することにより，電荷の局在が解消できる見通しを得た．
講演題目
SNDMを用いたFlashメモリの蓄積電荷の可視化
(MONOS型ならびにFloating-Gate型メモリセル中の電荷分布)
講師
本田耕一郎（富士通研）
フラッシュメモリでは,“0”と“1”の記憶状態はトランジスタの閾値電圧(Vth)の高低によるトランジスタの“off”と“on”に対応する.このVthの高低を引き起こすのがメモリセルに蓄積された電荷である. したがってフラッシュメモリでは記憶は電荷で蓄積される. 浮遊ゲート型では電荷はFGに蓄積されるが, MONOS型はFGを持たず,ゲートのONO膜中に電荷を蓄積する. この場合MONOSトランジスタのONO膜中のソースとドレインに隣接した2箇所に,独立に電荷を蓄積することが出来るため,１Trで２ビット分の記憶保持が可能となる. このようにMONOS型では, FGが無いため製造プロセス工程数が少なく,かつ２ビット/1Trであるため高集積化が容易であり,コストダウンが可能である.
MONOS型では,FG型と同様にチャンネルホットエレクトロン注入で書き込みを行なうが,消去動作はまったく異なり, band-to-bandのトンネルによるホール注入により,先に書き込まれた電子を電気的に中和することで記憶を消去する. このようにMONOS型フラッシュメモリは注入電荷を利用してメモリ動作させるため,電荷の蓄積位置を明らかにすることは,このデバイスの動作原理,記憶保持および書き込み-消去のサイクリング劣化機構を理解するのに重要である. したがって,蓄積された電荷を直接観察する方法の開発が期待される.
この電荷の可視化手段として, 非線形誘電率顕微鏡法(Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy: SNDM)はきわめて有効な手段である. SNDMはマイクロ波顕微鏡技術の一種である. 電極と試料の間に交替電場E cos &omega p (E = V/d, Vは電圧振幅, dはサンプル厚,&omega pは角周波数) が印加されるとき,針下の試料表面の非線形誘電応答から生じる容量Cs(t)変化がLC共振回路の共振周波数における変化として検出される.AFMのカンチレバーを探針として,試料表面を走査して検出することにより高感度の誘電応答の分布が得られる.
SNDMはこれまで強誘電体の分極分布の観測に適用されてきた.強誘電体薄膜の場合,分極の方向は, Cs(t)変化から計算される非線形誘電率から決定できる. この方法によるLiTaO3の分極分布,PZTの分極壁の厚さ観察,ナノドメインを用いた強誘電体メモリの記憶再生への応用などが報告されている.また高真空中での高分解能観察により, Si清浄表面の７×７構造が検出可能な第5番目の顕微鏡として注目されている.
私たちはSNDMにより,どのように固定電荷の電子とホールを検出することができるかを説明する.またSNDMを応用した, MONOS型メモリの蓄積電荷の存在位置,サイクリング後の電荷の分布にならびに,従来のFG型メモリ中の電荷分布の観察例もあわせ報告する.
講演題目
Si系量子ドットを用いた浮遊ゲートメモリー（ナノドットへの電荷捕獲）
講師
宮崎誠一（広大）
ナノメートル寸法のSi量子ドットでは，チャージングエネルギー及び量子化エネルギーが室温の熱エネルギーより大きいため，離散化した帯電状態が顕在化する．この特性を活用すべく，Si量子ドットを電荷保持ノードとしてMOS トランジスタのフローティングゲートに応用すると， Si量子ドットへ注入する電荷量を段階的に制御でき，MOSFETのしきい値電圧を離散的にシフトさせることができる．すなわち，Si量子ドットを荷電特性の理解と制御が，室温で低電圧・安定動作するSi量子ドット多値メモリの開発の鍵となる．
本講演では，先ず，SiO2膜上に形成した個々のSi量子ドットにおいて，電子（正孔）注入および放出後の荷電状態を表面電位変化から定量評価できることを紹介する．加えて，Geコアを導入したSiドットでは，電子はSiクラッドに，正孔はGeコアに安定保持されることを示すと共に，P(およびB)をデルタドーピングした場合は，イオン化ドナー(およびイオン化アクセプター)に起因して，正帯電状態(および負帯電状態)が，極めて安定であることを示す．さらに，仕事関数制御の観点からより深いポテンシャル構造が期待できるNiシリサイドドットにおいて，Si量子ドットに比べて電荷保持特性に格段に優れていることを示す．次に，ゲートSiO2膜中にSi量子ドットを埋め込んだp型およびn型Si基板MOSキャパシタの容量-電圧（C-V）特性および過渡変位電流-電圧（I-V）特性から、Si量子ドットが電子および正孔の保持ノードとして機能すること示す。特に、AlゲートMOSキャパシタにおいて、光照射下でC-V, I-V特性を測定することによって、反転領域側での電荷注入･放出特性が評価できることを示す。これにより、トランジスタ構造に仕上げる前に、電荷保持に最適なバイアス条件の設定・絞込みが可能となる。最後に，Si量子ドットフローティングゲート nMOSFETにおいて特徴的な多段階電子注入・放出特性を調べた結果について紹介する．一定ゲート電圧下でのドットへ電子注入・放出が，準安定状態を経て段階的に進行することを明らかにすると共に，準安定状態において，ドットフローティングゲート内で電子間のクーロン反発を緩和するように電子分布の再配置が起こっていることを示す。
講演題目
Siナノクリスタルを用いた２重トンネル接合メモリー
（Siクリスタルを介した電子のトンネル現象）
講師
大場竜二（東芝）
ナノメートルスケールの導電性微小粒子を、薄いトンネル抵抗で挟んだ構造を、単電子トンネルを扱う分野では「二重接合」と言います。このような二重接合構造を浮遊ゲート型メモリ素子のトンネル膜に応用することで、通常のトンネル酸化膜よりも優れた特性を実現することができます。浮遊ゲート型メモリ素子のトンネル膜部に、薄いシリコン酸化膜に挟まれたＳｉナノ微結晶膜を有する構造を作製すると、情報電子は、Ｓｉナノ微結晶を介した二重接合トンネルにより電荷蓄積部とチャネルの間を出入りします。この時Ｓｉナノ微結晶での量子閉じ込め効果とクーロンブロッケイド効果によりエネルギーバリアが形成されるため、記憶保持時の情報電荷リークが抑制されます。また一方、適切な書込消去電圧印加により、エネルギーバリアの影響を無くした、薄いトンネル酸化膜のみを介する高速書込消去が可能になります。このように二重接合トンネル膜は、長時間記憶保持と高速書込消去の両立させるに当たって極めて有利なものになります。我々はこれまで様々な二重接合トンネル膜を有する浮遊ゲート型メモリ素子を作製し、実測してきました。これらを紹介しつつ、トンネル膜中のＳｉ微結晶のナノサイズ効果により、記憶保持と書込消去のトレードオフの優位性が実現できることを実証します。またバルク・プラーナ構造のメモリ素子において、最短２５ｎｍの微細ゲート長でも良好なメモリ素子特性が実現できることも示します。
講演題目
MgOトンネル磁気抵抗素子の巨大TMR効果とMRAMおよびHDD磁気ヘッドへの応用
講師
湯浅新治（産総研）
極薄の絶縁体層（トンネル障壁）を2枚の強磁性金属層で挟んだ磁気トンネル接合(MTJ)素子はスピン依存トンネル伝導に起因した磁気抵抗（TMR効果）を示す．つまり，2枚の強磁性電極の磁化の向きが平行，反平行な場合で，素子のトンネル抵抗が変化する．このトンネル抵抗の変化率を百分率で表したものが磁気抵抗比（MR比）であり，MTJ素子の重要な性能指数となる．1995年に室温でTMR効果が実現されて以来，トンネル障壁にアモルファス酸化アルミニウム(Al-O)を用いたMTJ素子の研究が精力的に行われてきたが，室温で約70%のMR比しか得られないことが応用上深刻な問題となっていた．例えば，大容量MRAMを実現するに室温で200%を越えるような巨大なMR比が切望されていた．Al-O障壁MTJ素子の性能限界は，アモルファスAl-O障壁のインコヒーレントなトンネル伝導過程に起因したものである．これに対して，(001)面配向した結晶性の酸化マグネシウム(MgO)をトンネル障壁に用いたエピタキシャルMTJ素子に関して2001年に第一原理計算が成され，1,000%を越える巨大なMR比が理論的に予測された．これは，結晶MgO(001)障壁のコヒーレントなトンネル伝導に起因するものである．実験的にも2004年に，MgO(001)障壁MTJ素子において室温で巨大なTMR効果が実現され，現在までに室温で500%のMR比が得られている．現在，MgO障壁MTJ素子を用いたスピン注入MRAMやハードディスク磁気ヘッドの開発が進められており，さらにマイクロ波発振・検波素子やスピントランジスタなどの新規デバイス応用の研究も始まっている．セミナーでは，MgOトンネル磁気抵抗素子の巨大TMR効果の物理機構およびデバイス応用，今後の展望などについて概論する．
講演題目
FeRAMの最近の進展と強誘電体ゲート構造メモリ
講師
徳光永輔（東工大）
不揮発性メモリとして近年多様な材料と方式が検討されているが、強誘電体メモリ（FeRAM: Ferroelectric Random Access Memory）は、高速、高耐久性、高密度、低消費電力を実現する不揮発性RAMとして比較的早くから開発が進められ、1Mb程度の小規模なものはすでに製品化されている。また乗車券等のスマートカード等に用いる低消費電力の不揮発性メモリとしてすでに実績がある。本講演では、FeRAMの２つのタイプ（キャパシタ型とトランジスタ型）について、その動作原理を解説するとともに最近の進展を紹介し、さらに有機強誘電体やBiFeO3等の最近の話題を紹介する。
最初にFeRAMに使用されている強誘電体材料の物性と薄膜の形成例を紹介し、キャパシタ型FeRAM、トランジスタ型FeRAMそれぞれについて、強誘電体材料に要求される特性を述べる。また、キャパシタ型FeRAM製品の例、学会レベルでの研究・開発の現状を紹介する。次にトランジスタ型FeRAMについて、その動作原理を紹介して問題点を明らかにし、最近の開発状況を概観する。特にトランジスタ型では近年長い記憶保持時間が得られるようになってきており、今後の展開が期待される。最後に新しい潮流として、巨大な分極量を有するBiFeO3薄膜の作製例と物性、酸化物半導体をチャネルに用いた強誘電体ゲート薄膜トランジスタ、低温で形成可能であり近年薄膜化も達成された有機強誘電体の作成例とメモリデバイスへの応用、走査型プローブ顕微鏡技術を用いたナノドメインの形成等について、最近の報告例を紹介する。
講演題目
相変化メモリの動向
講師
高浦則克（日立）
相変化メモリは、相変化材料を非晶質と結晶の間で相転移させて情報を記録する不揮発メモリである。相変化メモリには、書換え可能光ディスクで培われたカルコゲナイド相変化材料が記録膜として用いられるが、光ディスクは非晶質と結晶の屈折率の違いで記録するのに対して、電気的相変化メモリは抵抗値の違いを利用する。相変化メモリ素子はGe-Sb-Te（ゲルマニウム-アンチモン-テルル）系相変化材料を採用することによりその書換え特性再現性が大幅に改善した。高速性、低消費電力性、スケーラビリティに優れた不揮発メモリとして、実用化への歩みが着実になっており、その用途は大容量stand-aloneメモリに加えて混載メモリまで拡大することが期待される。
相変化メモリの最重要課題のひとつは、リセット電流の低減である。セル面積低減による高集積・大容量化を実現するため、相変化メモリのリセット電流低減に関しては、数多くの研究成果が報告されている。例えばセル構造技術として下部電極と相変化材料の接触面積を小さくし、ジュール発熱効率を高める方法が検討されている。また、可変抵抗素子構造をプレート型からピラー型にすることで、無駄な発熱領域をなくす技術も開示されている。さらに、下部電極への放熱防止などを目的に界面層を用いる技術が提案されており、TiON半金属やTaO絶縁膜の適用が効果を上げている。本セミナーでは上記の相変化メモリの動作原理、用いられる材料、最新研究動向と課題までをまとめて紹介する。
講演題目
金属/酸化物/金属構造における電気抵抗スイッチング現象
講師
井上 公（産総研）
酸化物を金属電極で挟んだ単純なコンデンサ構造を用意し、これに大きな電界をかけると絶縁破壊が起こる。過度な電流が流れないようにしてこの絶縁破壊を「ソフト」なものに抑えておくと（これを「フォーミング」と呼ぶ）、ある種の素子の場合、電流–電圧特性に大きな履歴現象、つまり「電気抵抗のスイッチング」現象が出現するようになる。40年以上前から多くの研究がなされてきたが、この数年、この現象を用いた不揮発性抵抗変化メモリー素子の開発機運が高まり、競争が一気に加速して来た。
まず誰もが疑問に思うことは「フォーミングで何が起こっているのか」ということであろう。最近、素子の微細化を進めるとフォーミングが不要になること、ポイントコンタクト的な素子もフォーミングなしに動作することなどが明らかになってきている。つまり電気抵抗スイッチング現象は素子のどこか非常に「小さい部分」で起こっていて、フォーミングというのは大きい素子の中にその「小さい部分」をこしらえる作業なのである。したがってもともと素子が十分に小さければフォーミングは不要になる。そもそもこの「小さい部分」さえあれば素子の残りの部分も不要なのかもしれない。
「小さい部分」を我々はフォセットと呼ぶことにした。水道の蛇口である。フォセットはどうやら電極と酸化物の界面に形成されることもわかってきた。フォセットが開いているとき、つまり抵抗が低い状態の時、そこには電流が集中する。電流が過度に集中すると、(1)温度が急上昇する、(2)酸素やカチオンの移動が起こる（エレクトロマイグレーション）、そして、(3)非平衡状態になる。そのような状況下に陥ると実際に何が起こるのか断定するのは難しいが、それによってフォセットが閉じる（絶縁体になる、あるいは消失する）のは確かである。
講演では、我々の作製している素子について、酸化物と金属電極の組み合わせで電気抵抗スイッチングの振る舞いがどう変化するかを紹介し、フォセットの開閉について考えられるメカニズムを取り上げて議論してみたい。
本研究は、産総研、東大、シャープ、アルバック、阪大、パリ南大、アルゼンチンCABの共同研究によってなされました。
講演題目
カルコゲン薄膜応用ナノスケール光超解像ディスクとその応用 - SUPER-RENS
講師
富永淳二（産総研）
DVDを代表とする光ストレージは、赤色レーザーから青色レーザー仕様へと進展し、現在25GB容量をもつブルーレイディスクが市場に投入されている。ブルーレイディスクまでの光ディスクの大容量化は、回折限界と呼ばれる光学原理に基づいて設計され、記録読み出しレーザー波長の短波長化と高解像度レンズの組み合わせによって成し遂げられてきた。しかし、青色レーザー以後の短波長レーザーではディスク基板やレンズの光吸収の影響等が問題となり、回折原理に基づく開発指針ではこれ以上の高密度化は望めない状況にある。この状況を打破する目的として、集光レンズと記録薄膜との間に光機能膜を設置し、この機能膜を熱的に作動させることで、レーザービーム径をさらに1/10以下に絞り込み、その絞りから発生する近接場光を利用して超高密度光記録再生を行うことを目的とした光ディスクが1998年に開発された。開発当時は、信号強度もずっと低く「科学」の領域にあったが、共同研究企業との共同開発によって現在、75ナノメートルピットからなるランダム信号を実用レベルの信号強度で、しかも高速に記録読み出しすることが可能な「技術」となった。これを「スーパーレンズ – SUPER-RENS」と呼ぶが、スーパーレンズの機能はたった10ナノメートルの薄膜であり、ディスクの高速回転と共に光を絞るための機能部分が移動してゆく。このようなダイナミックな薄膜特性の応用は、光ディスクではすでに一般的なものとなっているが、「科学」の領域では未だに材料が固定されたままでの研究が主流のままである。セミナーではダイナミックな薄膜の織りなす光の集光現象についての話題を提供する。
講演題目
熱アシスト磁気記録用高効率近接場光発生素子の開発
講師
松本拓也（日立）
ハードディスク装置の高密度化の際問題となる熱揺らぎ限界を解決し，1Tb/in2以上の記録密度を実現する方法として，熱アシスト磁気記録方式が注目されている。磁気記録において，熱揺らぎの影響を小さくするには媒体の保磁力を大きくする必要があるが，従来の記録ヘッドで発生できる磁界は限界に近づきつつあり，このような高保磁力媒体への記録は困難となる。そこで，熱アシスト磁気記録方式では記録の瞬間に光を照射することにより媒体を加熱し，媒体の保磁力を瞬間的に小さくする。これにより，高保磁力媒体への記録が可能になる。 この記録方式において，隣接トラックの加熱を防ぐためには，数10nm以下の微小領域を光加熱する必要がある。そのためには近接場光の利用が必要であるが，従来の微小開口を用いた近接場光発生素子では，近接場光発生効率の低さが問題であった。そこで，我々は，金属プレートを利用した新しい近接場光発生素子を開発した。先鋭化された頂点を持つ金属プレートに光を照射すると，プレート中にプラズモンが励起され，頂点に強い近接場光が発生する。計算の結果，20nm以下の光スポットを15％以上の効率で発生させることが出来ることが分かり，また実際に相変化媒体を利用した記録実験を行ったところ，径40nmのマークを書き込むことが出来た。
更新：2007/1/1