KR100312102B1 - 스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 전자방출장치 및 방법 - Google Patents

스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 전자방출장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 데이터 기억장치는 기판과, 기판상의 데이터 기억층 및, 스핀분극화 전자원을 포함한다. 데이터 기억층은 데이터 기억층의 표면과 직교하는 자기 이방성을 데이터 기억층에 제공하는 자성재의 고정된 수의 원자층을 구비하여 구성된다. 데이터 자기장은 데이터 기억층에서 생성된다. 데이터 자기장은 제1데이터값에 대응하는 제1방향 또는 제2데이터값에 대응하는 제2방향으로 분극된다. 데이터는 제1 및 제2데이터값 중 하나의 값에 대응하는 분극방향과 같이 전자 자기장을 갖는 스핀분극화 전자를 제공함으로써 데이터 기억층에 기억되고, 전자는 재료의 자기모멘트를 발생시키는 데이터 기억층에서 쌍을 이루지 않는 전자의 파장특성을 가지며, 데이터 자기장으로 스핀분극화 전자를 진행시켜 전자 자기장의 분극방향을 데이터 자기장으로 전달 한다. 데이터 자기장에 의해 스핀분극화 전자의 편향 또는 흡인을 검출하고 데이터 자기장에서 제2파장으로 스핀분극화 전자를 진행시킴으로써 데이터 기억층으로부터 데이터가 독출된다. 한편, 자기매체가 2차 전자를 생성하도록 데이터 자기장으로 스핀분극화 전자를 진행시키고, 2차 전자의 소정 특성을 검출함으로써 데이터 기억층으로부터 독출된다.

Description

스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 전자방출장치 및 방법 {An Electron Emission Device and Method for Generating and Emitting Spin-polarized Electrons}
[기술분야]
본 출원은 1994년 1월 31일에 일련번호 08/188,828로 제출된 '데이터 자계의 분극으로 데이터를 기억하는 데이터 기억매체와, 스핀분극화 전자를 이용하여 데이터 기억매체에 데이터를 기억하고 기억된 데이터를 상기 데이터 기억매체로부터 독출하기 위한 방법 및 장치'에 관한 토마스 디. 허트(Thomas D. Hurt)와 스코트 에이. 핼파인(Scott A. Halpine)의 미국출원에 대한 부분 연속출원이다.
본 발명은 데이터기억 및 검색에 관한 것으로, 특히 데이터 기억매체와, 이 데이터 기억매체에 데이터를 기억하고 기억된 데이터를 기억매체로부터 독출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
[배경기술]
최근, 고속의 대량 데이터 기억장치의 요구가 증가하고 있다. 아날로그 시스템에서 디지털 시스템으로의 전환 및 현재의 프로세서 기술에 의한 프로세싱의 속도증가에 따라, 대량의 데이터를 고속으로 억세스하는 능력이 요구에 뒤떨어지고 있다. 이는 컴퓨터 모델링 및 시뮬레이션을 위한 과학분야 뿐만 아니라, HDTV, HDTV 비디오 레코드, 컴팩트 디스크, PDAs(Personal Digital Assistants), PCAs(Personal Communication Assistants), 디지털 테이프 데크 및, 심지어 자동차 같은 품목을 위한 소비재 분야에 있어서 특히 그러하다. 더욱이, 컴퓨터와 멀티미디어 및 통신이 일체로된 분야에서는 가상 현실, 대화형 텔레비전, 음성 인식시스템(음성대화형), 필기 인식시스템 및 오락시스템과 일체화한 통신을 통해 소비자에게 인상을 남기게 될 것인바, 이러한 각각의 시스템은 고속 비휘발성의 대량 데이터 기억을 필요로 한다.
통상의 리소그래피기술 및 매우 개량된 제조방법을 현재의 메모리 기술에 적용함으로써 결국 커다란 진전이 이루어졌다. 이러한 진전은 프로세서의 속도증가와 그리고 필요한 데이터 양을 기억하여 효과적으로 사용하는 능력 간의 차이를 더욱 심화시킬 것이다.
따라서, 본 발명은 데이터 기억매체와, 데이터 기억매체로 데이터를 기억하고 데이터 기억매체로부터 기억된 데이터를 독출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 실질적으로는 관련 기술의 한계 및 단점에 기인하는 문제점들을 해결하기 위한 것이다.본 발명의 특성 및 장점은 이하에 상세히 설명될 것이고 명백하게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 다른 이점은 첨부된 도면 뿐 아니라 상세한 설명 및 청구 범위에 기재된 방법 및 장치에 의해 실현될 것이다.본 발명에 따른 목적 및 다른 이점을 달성하기 위해, 데이터 기억장치는 자성재를 포함하는 부재와; 제1방향 및 제2방향 중 어느 하나의 방향으로 공통 자기분극을 가지며 상기 부재의 복수의 부분 중 한 부분을 향하는 빔 전자를 생성하기 위한 수단과; 어드레스 신호에 응답하여 어드레스 신호에 대응하는 상기 부재의 일부분으로 빔을 진행시키며, 상기 부재의 그 부분이 빔 전자의 자기분극에 대응하는 자기분극을 갖도록 빔 전자의 파장을 제어하기 위한 수단 및; 빔을 그 부분으로 향하게 함으로써 어드레스 신호에 응답하여 어드레스 신호에 대응하는 부재의 한 부분의 분극을 검출하기 위한 수단을 구비한다.본 발명의 다른 형태에 따른 시스템을 동작시키는 방법은 자성재를 갖는 부재와, 제1방향 및 제2방향 중 하나의 방향으로 공통 자기분극을 가지며 상기 부재의 복수 부분중 하나의 부분으로 향하게 할 수 있는 빔 전자를 생성하는 수단을 포함하며, 또한 이 방법은 어드레스 신호를 수신하는 단계와, 이 어드레스 신호에 대응하는 상기 부재의 부분으로 빔을 진행시키고 상기 부재의 그 부분이 상기 빔 전자의 자기분극에 대응하는 자기분극을 갖도록 빔 전자의 파장을 제어하는 단계를 구비한다.본 발명의 또 다른 형태에 따른 시스템을 동작시키는 방법은 자성재를 갖는 부재와, 제1방향 및 제2방향 중 하나의 방향으로 공통 자기분극을 가지며 상기 부재의 복수 부분중 하나의 부분으로 향하게 할 수 있는 빔 전자를 생성하는 수단을 포함하며, 또한 이 방법은 어드레스 신호를 수신하는 단계와, 이 어드레스 신호에 대응하는 상기 부재의 부분으로 빔을 진행시키고 상기 부재의 그 부분이 상기 빔 전자의 자기분극에 대응하는 자기분극을 갖도록 빔 전자의 파장을 제어하는 단계 및 이어서 그 부분으로 상기 빔을 진행시킴으로써 상기 어드레스 신호에 대응하는 상기 부재의 부분의 분극을 검출하는 단계를 구비한다.본 발명의 또 다른 형태에 따른 자성재내의 분극방향으로 데이터를 기억하는 방법은, 제1 및 제2 데이터 값중 하나의 값에 대응하는 분극방향을 구비한 전자계를 갖는 스핀 분극화 전자를 제공하되 상기 전자는 자성재의 자기모멘트를 야기하는 쌍을 이루지 않는 전자의 파장 특성을 갖는 전자 제공단계와, 전기적으로 비도전성인 환경을 통해 상기 자성재의 한부분으로 상기 스핀분극화 전자를 진행시켜 상기부분에 전자계의 분극방향을 전하는 단계를 구비한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 기억/검색장치를 나타낸 단면도이고,
도 2는 도 1의 데이터 기억/검색장치를 이용하는 스티그메이터(stigmator)소자를 나타낸 평면도,
도 3a 및 3b는 도 1의 데이터 기억매체를 나타낸 부분 단면도,
도 4a는 도 1의 데이터 기억매체를 나타낸 평면도, 도 4b는 파킹 및 정렬영역을 나타낸 도 1의 데이터 기억매체를 나타낸 부분 단면도,
도 5a ∼ 5b는 데이터 기억동작 중 도 1의 데이터 기억매체를 나타낸 부분 단면도,
도 6a ∼ 6b는 제1 데이터 독출동작 중 데이터 기억매체를 나타낸 부분 단면도,
도 7a ∼ 7b는 제2 데이터 독출동작 중 도 1의 데이터 기억매체를 나타낸 부분단면도,
도 8은 정렬동작 중 도 1의 데이터 기억/검색장치를 나타낸 부분단면도,
도 9는 블랭킹/파킹동작 중 도 1의 데이터 기억/검색장치를 나타낸 부분 단면도,
도 10은 전자방출장치를 나타낸 측단면도,
도 11은 도 10에 나타낸 장치의 저면도,
도 12는 도 10에 내타낸 장치의 저면도,
도 13은 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 다이어그램이다.
[실시예]이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.도 1은 본 발명의 데이터 기억/검색장치의 예시적인 실시예를 나타낸다.데이터 기억/검색장치는 제어부(1)와, 팁(2b)을 갖춘 스핀분극화 전자원(40), 추출기(4), 콜리메이터(6,7,9), 정전렌즈(10,11,12) 및, 절연소자(5,8)를 포함한다. 또한, 데이터 기억/검색장치는 블랭킹소자(13)와, 조동 및 미세 (coarse and fine) 마이크로 디플렉터(14,15), 전자검출기(16), 데이터 기억층(17) 및, 기판(18)을 더 구비한다.제어부(1)는 마이크로프로세서 또는 당업계에 공지된 다른 제어회로를 포함한다. 제어부(1)는, 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이 데이터 기억/검색장치에 의해 수행되는 다양한 동작 및 기능을 조정하고 순서대로 배열시킨다. 더욱이, 제어부(1)는 ADDRESS IN과 DATA IN 및 DATA OUT단자를 통해 컴퓨터 또는 다른 데이터 기억/검색장치 등의 외부장치(도시하지 않음)와 데이터 기억/검색장치를 인터페이스하기 위해 사용된다. 이 인터페이싱에 의해, 외부장치로부터의 제어신호 및 데이터는 필요한 프로토콜을 사용하여 제어부(1)로 전송되어 디코드될 수 있다. 제어부(1)는 제어응답 및 데이터를 개발하고 필요한 프로토콜을 사용하여 그 데이터를 외부장치로 반송한다. 제어부(1)는, 예컨대 전기적인 링크 또는 광학적인 링크를 통해 외부장치와 인터페이스될 수도 있다. 예컨대, 제어부(1)로의 광학적 전송이나 또는 제어부로부터의 광학적 전송은 전기적으로 여기된 레이저 다이오드를 이용하여 달성된다.팁(2b)을 포함하는 스핀분극화 전자원(40)은 스핀분극화 전자(3)를 공급한다. 특히, 스핀분극화 전자(3)는 스핀분극화 전자원(40)에 의해 형성되고, 팁(2b)에서 집속된다. 팁(2b)은 이후에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 저에너지 전자의 방출을 위한 변조자기분극형의 예리한 팁(modulated self-polarizing sharp tip)이다.각 스핀분극화 전자(3)는 전자의 스핀에 의해 결정되는 분극방향을 갖는 전자의 자계(magnetic field)를 갖는다. 전자의 자계의 분극방향은 제1 및 제2데이터값 중 하나의 값에 대응한다. 예컨대, 위쪽으로 분극된 전자의 자계는 '1'의 데이터값에 대응되고 아래쪽으로 분극된 전자의 자계는 '0'의 데이터값에 대응되거나, 또는 그 반대로 대응될 수도 있다.전위(V1)이 제어부(1)에 의해 스핀분극화 전자원(40)에 인가된다. 전위(V1)의 세기는 제어부(1)에 의해 변화되어 종래에는 전류로도 알려진 스핀분극화 전자(3)의 세기를 제어할 수 있다. 또한, 신호(S19)가 제어부(1)에 의해 스핀분극화 전자원(40)에 인가된다. 신호(S19)는 스핀분극화 전자(3)의 자계의 분극방향을 제어한다. 제어부(1)는 장치의 동작 중에 전위(V1)와 신호(S19)를 변화시켜 장치 및 그 환경의 시간경과에 따른 물리적인 변화, 장치의 다른 구성 또는 장치의 다른 매체특성과 같은 인자들을 보상하는 것이 바람직하다.추출기(4), 콜리메이터(6,7,9), 정전렌즈(10∼12), 블랭킹소자(13), 조동 및 미세 마이크로 디플렉터(14,15)는, 각각 예컨대 개구를 형성하는 전도성 환형상 부재로 구성된다. 추출기(4)는 팁(2b)으로부터 스핀분극화전자(3)를 추출하고, 콜리메이터(6,7,9)는 스핀분극화 전자(3)를 스핀분극화 전자빔(19)으로 집속한다. 정전렌즈(10∼12)는 스핀분극화 전자빔(19)의 초점을 맞추고, 조동 및 미세 마이크로 디플렉터(14,15) 각각은 스핀분극화 전자빔(19)을 데이터 기억층(17) 쪽으로 향하게 한다.스핀분극화 전자빔(19)이 진행하는 환경은 진공과 같이 비전도성 및 이온화되지 않은 환경인 것이 바람직하다. 그러나, 스핀분극화 전자빔(19)이 진행하는 환경은 전자원(2)에서 데이터 기억매체(17)로의 스핀분극화 전자빔(19)의 통과를 저하시키지 않고 향상시킬 수 있는 공지된 다른 많은 환경일 수도 있다.도 1에 나타낸 바와 같이, 팁(2b)은 추출기(4) 표면의 평면에 수직하도록 추출기(4) 개구의 중앙에 배치되는데, 추출기(4) 표면에 또는 그 표면근처에 병렬 설치된다. 추출기(4)와 콜리메이터(6)의 개구는 각각 그 직경이 1미크론과 100미크론 정도의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 스핀분극화 전자빔(19)의 원하는 특성 및 데이터 기억/검색장치의 특정 설계에 따라 보다 크거나 작은 직경이 사용될 수도 있다.예컨대, Si 등으로 이루어진 절연소자(5)가 추출기(4)와 콜리메이터(6) 사이에 배치되어 추출기와 콜리메이터의 전도성 표면들을 분리시킨다. 절연소자(5)의 개구 직경은 추출기(4)와 콜리메이터(6)의 개구 직경보다 조금 크게 하여, 그 안에 정전계가 형성되는 절연소자(5)와 그리고 추출기(4) 및 콜리메이터(6)의 개구를 통과하는 전자의 상호작용을 감소시키는 것이 바람직하다. 당업자라면, 추출기(4), 콜리메이터(6) 및 절연소자(5)의 크기와 구조를 스핀분극화된 빔의 에너지 레벨에 의해 부분적으로 유추할 수 있을 것이다.전위(V2,V3)가 제어부(1)에 의해 추출기(4)와 콜리메이터(6)에 각각 인가되어, 각 개구내에 정전계가 형성된다. 추출기(4)의 개구 내에 생성된 정전계에 대한 팁(2b)의 위치에 의해 스핀분극화 전자(3)는 팁(2b)으로부터 떠있게 되며, 추출기(4)의 개구를 통과하여 콜리메이터(6)의 개구로 진행한다. 콜리메이터(6)는 전자가 데이터 기억층을 향하여 비교적 평행한 궤도를 취하도록 전자를 집속한다. 제어부(1)에 의해 전위(V2,V3)가 조정되어 스핀분극화전자(3) 및 스핀분극화전자빔(19)의 원하는 특성을 얻을 수 있다. 전위(V2,V3)의 제어는 장치의 동작중에 수행되어 장치 및 그 환경의 시간경과에 따른 물리적인 변화, 장치의 다른 구성 또는 장치의 다른 매체(media) 특성과 같은 인자들을 보상한다.추출기(4)와 콜리메이터(6) 및 절연소자(5)와 각각 유사하거나 동일할 수 있는 콜리메이터(7,9)와 절연소자(8)는 각각 스핀분극화전자(3)를 스핀분극화 전자빔(19)으로 집속하는 것을 지원하는 광학렌즈 스테이지를 구성한다. 또한, 콜리메이터(7,9)와 절연소자(8)는 필요한 빔에너지를 얻기 위해 스핀분극화 전자(3)를 가속 또는 감속하는데 사용될 수도 있다.전위(V4∼V5)는 스핀분극화 전자(3)와 스핀분극화 전자빔(19)의 원하는 특성을 얻기 위해 제어부(1)에 의해 조정될 수 있다. 전위(V4∼V5)의 제어는 장치의 동작중에 수행되어 장치 및 그 환경의 시간경과에 따른 물리적인 변화, 장치의 다른 구성 또는 장치의 다른 매체특성과 같은 인자들을 보상한다.스핀분극화 전자빔(19)은 콜리메이터(9)를 통과한 후, 정전렌즈(10∼12)를 통과한다. 전위(V6∼V8)는 제어부(1)에 의해 정전렌즈(10∼12)에 각각 인가되어 렌즈 개구를 통해 정전계를 생성시킨다. 이들 정전계는, 스핀분극화 전자빔(19)의 초점을 원하는 직경, 즉 부분적으로는 드브로이 파장에 의해 제한되는 직경으로 맞춘다. 정전렌즈(10∼12)의 개구는, 바람직하게는 직경이 10∼100미크론 정도의 크기이지만, 데이터 기억/검색장치의 특정 설계 및 스핀분극화 전자빔(19)의 원하는 특성, 강도나 빔 형상 또는 표적 매체의 타입등에 의해 변화될 수 있다. 더욱이, 정전렌즈(10∼12)의 두께와 그 상대 위치 및 전위(V6∼V8)는 스핀분극화 전자빔(19)의 원하는 특성을 얻기 위해 변화될 수 있다. 장치 및 그 환경의 시간에 따른 물리적인 변화, 장치의 다른 구성 또는 장치의 다른 매체특성과 같은 인자들을 보상하기 위해, 전위(V6∼V8)는 장치의 동작 중에 제어부(1)에 의해 다시 변화될 수 있다. 더욱이, 정전렌즈(10∼12)의 개수는 상기 렌즈보다 좀더 적거나 좀더 많게 대체될 수 있다. 당업자라면, 추출기(4), 콜리메이터(6) 및 절연소자(5)의 크기와 구조를 스핀분극화된 빔의 에너지 레벨에 의해 부분적으로 유추할 수 있을 것이다. 또한, 자기렌즈가 정전렌즈(10∼12)와 추출기(6) 및 콜리메이터(7,9)에 부가하여 또는 대신하여 사용될 수 있다.스핀분극화 전자빔(19)은 정전렌즈(12)를 통과한 후, 블랭킹소자(13)를 통과한다. 이하 상세히 설명되는 바와 같이, 블랭킹소자(13)는 스핀분극화전자빔(19)의 효과를 디스에이블(disable)시키기 위한 광학소자이다. 블랭킹소자(13)의 적절한 위치는 도 1에 나타낸 바와 같이 조동 마이크로 디플렉터(14) 위쪽이어서, 스핀분극화 전자빔(19)이 정상상태를 달성할 수 있도록 한다.블랭킹소자(13)를 통과한 후, 스핀분극화 전자빔(19)은 조동 마이크로 디플렉터(14)와 미세 마이크로 디플렉터(15)를 통과한다. 바람직하게는, 조동 마이크로 디플렉터(14)는 제어부(1)에 의해 공급된 신호(S2∼S9)에 의해 각각 제어되는 8개의 극을 구비한다. 마찬가지로, 미세 마이크로 디플렉터(15)는 제어부(1)에 의해 공급된 신호(S10∼S17)에 의해 각각 제어되는 8개의 극을 구비한다. 조동 및 미세 마이크로 디플렉터(14,15)는 스핀분극화 전자빔(19) 각각이 데이타기억층(17)을 향하게 한다. 마이크로 디플렉터의 각 극에 공급되는 정전압은 디플렉터 내의 정전계에 기여한다. 극들에 가해지는 전압을 변화시키게 되면, 빔은 마이크로 디플렉터를 통과하면서 그 궤적이 변할 수 있다. 물론, 당업자라면 충분히 이해할 수 있는 것처럼, 정전계는 스핀분극화된 전자빔(19)의 스핀분극과 상호작용하지 않는다. 또한, 당업자라면 자계는 너무 크기 때문에 빔의 궤적을 변경시키는데 사용되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 조동 마이크로 디플렉터(14)가 데이터 기억층(17)상의 넓은 영역을 향해 스핀분극화 전자빔(19)의 궤도를 굽히는 한편, 미세 마이크로디플렉터(15)는 데이터 기억층(17)의 특정 부분으로 스핀분극화 전자빔(19)의 궤도를 더욱 미세하게 조정한다. 이와 같이 스핀분극화 전자빔(19)을 점진적으로 굽어지게 함으로써, 스핀분극화 전자빔(19)에 도입되는 변형(strain) 및 수차를 감소시킬 수 있다. 미세 마이크로 디플렉터(15)가 데이터 기억층(17)상에서 원자 수준으로 스핀분극화 전자빔(19)의 위치 조정을 가능하게 할 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 달리 말하면, 제조능력에 따라 본 명세서에 개시된 재료들을 더욱 더 정밀하게 제조할 수 있는바, 전자빔(19)은 빔전자의 드브로이 파장에 의해 주어지는 제한만큼 작게 기억층(17) 상의 영역에 효과를 미치도록 위치조정될 수 있다. 그러나, 현재의 마이크로 제조능력은 단일 비트 기억영역을 드브로이 파장보다 큰 영역으로 제한하고 있다. 조동 및 미세 마이크로 디플렉터(14,15)가 각각 8개의 극을 구비하여 구성된 것을 설명하였지만, 이 분야에서 공지된 다른 구성을 가질 수도 있다. 더욱이, 조동 및 미세 마이크로디플렉터(14,15)와 데이터 기억층(17)의 상대 위치는 스핀분극화 전자빔(19)의 X-Y축 스캐닝 범위의 함수로서 결정될 수 있다. 또한, 조동 및 미세 마이크로 디플렉터(14, 15)를 대신하여 또는 디플렉터에 추가하여 자기편향이 사용될 수 있다. 그러나, 스핀분극화전자빔(19)을 편향시키는데 필요한 자계의 크기를 고려하면 정전편향이 바람직하다.도 1에는 도시하지 않았지만, 데이터 기억/검색장치는 도 2에 나타낸 바와 같은 스티그메이터(stigmator) 소자를 더 구비할 수 있다. 바람직하게는, 스티그메이터소자는 정전렌즈(12)와 블랭킹소자(13) 사이 또는 블랭킹소자(13)와 조동 마이크로 디플렉터(14) 사이에 배치된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 스티그메이터소자는, 예컨대 전위(V12∼V19)로 각각 바이어스된 8개의 스티그메이터소자(25)에 의해 형성된 개구 내에서 정전계를 생성하는 전도성 재료로 이루어진다. 스티그메이터소자(25)는 당업계에서 공지된 다른 구성을 가질 수도 있다. 각각의 전위(V12∼V19)는 제어부(1)에 의해 스티그메이터소자(25)의 스티그메이터 극(pole)에 인가되어, 장치가 동작되는 동안 스핀분극화 전자빔(19)의 원하는 형상이 형성되도록 장(field)을 생성하며, 데이터 기억/검색장치 및 그 환경의 시간에 따른 물리적인 변화, 장치의 다른 구성, 또는 장치의 다른 매체 특성 등과 같은 인자들을 보상한다. 스티그메이터소자가 원형의 단면 형상을 갖는 스핀분극화전자빔(19)을 공급하는데 일반적으로 사용되지만, 스티그메이터소자는 원형 이외의, 예컨대 타원 등의 다른 단면 형상을 갖는 스핀분극화 전자빔(19)을 제공하는데도 사용될 수 있다.전자검출기(16)는 금속 등의 전도성 재료로 이루어지고, 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같이 구성되어, 데이터 기억층(17)에 의해 방출된 2차 전자 또는 데이터 기억층으로부터 편향된 전자의 검출을 최적화한다. 바람직하게는, 전자검출기(16)는 스핀분극화 전자빔(19)의 경로와 간섭하지 않도록 위치되지만, 데이터 기억층(17)에 충분히 밀착되어 편향되거나 방출된 전자를 검출한다. 전자검출기(16)에 부딪히는 전자는 신호(S18)로서 제어부(1)에 공급되는 신호를 전자검출기(16) 내에 생성한다.데이터 기억층(17)과 기판(18)은 함께 데이터 기억매체를 구성한다. 바람직하게는, 데이터 기억층(17)은, 예컨대 스퍼터링, 레이저 용융증발(laser ablation) 등의 공지기술을 매개로 기판(18)상에 증착된다. 기판(18)은 변형층(29: strain layer)과, 신호라우팅층(30) 및, 데이터 기억층(17)과 변형층(29) 및 신호라우팅층(30)의 기계적인 지지층으로 사용되는 유리 또는 세라믹 등의 비자성 및 비전도성 재질로 이루어진다.데이터 기억층(17)은 강자성재료(또는 균등물)로 된 고정된 개수의 원자층으로 이루어지는데, 여기서 고정된 개수의 원자층은 데이터 기억층(17)의 표면에 수직한 자기벡터를 갖는 데이터 기억층(17)을 제공하는바, 즉 그 자기용이축(easy magnetic axis)이 변형층(29)에 의해 가해지는 왜곡된 원자 상호간의 거리에 기인하여 평면으로부터 벗어나 있다. 예컨대 데이터 기억층(17)이 Fe로 이루어진 경우에, 체심정방(bct) 격자에 배열된 3개의 Fe의 원자층은, 예컨대 Ir 등과 같은 적절한 변형층 위에 증착될 때 강한 Z축 자기모멘트를 갖는 데이터 기억층을 제공한다. 그러나 Fe가 3개 이상의 다수의 원자층인 경우, 면심입방(fcc) 격자로 천이하기 시작하고, 이에 의해 Fe 원자의 자기 이방성은 X-Y 평면으로 전이된다. Fe를 특정 도판트(dopant) 또는 합금원소 예컨대 Co 또는 Ni과 결합시킴으로써 또는 그 층의 개수를 변화시킴으로써 동일한 결과를 얻을 수 있다.데이터 기억층(17)의 수직방향의 자기 이방성 때문에, 데이터 기억층(17)내의 원자의 각 격자는, 그 용이축을 따라 즉 데이터 기억층(17)의 표면에 수직한 축을 따라 연장되는 분극을 갖는 데이터 자계를 생성한다. 이들 데이터 자계는 데이터 자계(23)로서 도 3a에 나타내어진다. 스핀분극화 전자(3)에 의해 생성된 자계와 같이, 데이터 기억층(17)에서 생성된 각 데이터 자계는 제1 및 제2데이터값중 하나의 값에 대응하는 분극방향을 갖는다. 예컨대, 위로 향하는 분극화 데이터자계는 '1'의 데이터 값에 대응할 수 있고, 아래로 향하는 분극화 데이터 자계는 '0'의 데이터값에 대응할 수 있으며, 또는 그 반대일 수도 있다. 이 정렬과 함께, 데이터 기억층(17)의 부분은 2개의 상태 중 하나, 즉 자기분극의 제1 및 제2방향 중 하나로 데이터를 기억한다. 데이터 기억층(17)의 이들 부분은 3개의 원자폭과 3개의 원자두께 등의 장치의 구성 및 빔전자의 드브로이 파장에 의해 주어지는 한계만큼 적게 될 수도 있다는 것에 주목하여야 한다.도 4a와 4b에 나타낸 바와 같이, 데이터 기억층(17)은 복수의 정렬영역(22)과 파킹영역(21)을 포함한다. 각 정렬영역(22)과 파킹영역(21)은 절연재(28)에 의해 데이터 기억층(17)으로부터 전기적으로 절연된 전도성 재료(27)로 구성된다. 정렬영역(22)과 파킹영역(21)은 빔의 정렬과 파킹 및 블랭킹동작을 수행하는데 이용되는바, 보다 상세한 설명은 후술한다. 파킹영역(21)의 전위(V10)와 정렬영역(22)의 전위(V11)는 도 1에 나타낸 바와 같이 제어부(1)에 의해 검출된다.바람직하게는, 데이터 기억층(17)은 평탄한 표면을 갖는다. 데이터 기억매체는 소정개수의 표면형상, 즉 3차원의 만곡 표면을 구비하여, 데이터 기억층상의 모든 지점들이 미세 개구의 중앙으로부터 근사적으로 등거리가 되도록 허락하므로, 전자의 평균이동시간을 감소시키고 데이터 기억층의 표면에 걸쳐 균일한 빔의 초점깊이를 제공한다.도 1의 데이터 기억/검색장치에서의 데이터 기억은 다음과 같이 수행된다. 제어기(1)는 어드레스 신호와 데이터인(data-in) 신호를 수신한다. 스핀분극화 전자원(40)은 데이터인 신호에 따라서 제1 및 제2데이터값 중 하나의 값에 대응하는 분극 방향을 갖는 스핀분극화 전자(3)를 공급한다. 다음, 추출기(4)는 팁(2b)으로부터 스핀분극화 전자(3)를 추출하고, 콜리메이터(6,7,9)는 스핀분극화 전자(3)를 스핀분극화 전자빔(19)으로 집속하며, 정전렌즈(10∼12)는 스핀분극화 전자빔(19)의 초점을 맞춘다. 도 5a에 나타낸 바와 같이, 마이크로 디플렉터(14,15)에 의해 스핀분극화 전자빔(19)은 데이터가 기억될 데이터 기억층(17)의 부분에 형성된 데이터 자계 방향으로 향하게 진행된다. 제어기(1)는 어드레스 신호를 이용하여 데이터가 기억될 부분을 결정한다. 도 5b에 나타낸 바와 같이, 스핀분극화 전자빔(19)은 정확한 파장으로 데이터 자계에 부딪힘으로써 데이터 기억층(17)의 표면에 충돌하여 데이터 자계를 형성하는 자화(magnetization)의 용이축을 따라 캐스케이딩 장 반전효과(cascading field reversal dffect)를 야기시킨다. 그 결과, 스핀분극화 전자빔(19) 내의 전자의 분극방향이 데이터 자계에 주어진다.원하는 캐스케이딩 장 반전효과를 달성하기 위해, 스핀분극화 전자빔(19)내의 전자의 파장은 데이터 기억층(17)에 이용되는 재료에 따라 설정되어진다. 특히, 스핀분극화 전자빔(19)의 파장은 자화 벡터를 야기시키는 데이터 기억층(17)에 이용되는 재료의 원자의 d외곽에서의 전자의 드브로이(De Broglie) 파장과 거의 같아야 한다. 즉, 빔의 에너지는 데이터 기억층(17)에 이용되는 재료의 원자의 d외곽에서의 전자의 운동에너지와 거의 같아야 한다.상기한 바와 같이, 결국 하나의 데이터 값이 빔전자의 드브로이 파장에 의해 주어지는 한계만큼 적은 데이터 기억층(17)의 한 부분에 기억된다는 것을 주목하여야 한다. 그러나, 데이터 기억층(17)의 현재의 마이크로 제조능력은 단일 데이터값이 상기 한계보다 어느 정도 큰 기억층(17)의 부분에 기억되도록 한다. 한편, 도 3b에 나타낸 바와 같이 다수의 원자폭인 데이터 기억층(17)의 부분들이 단일 데이터값을 표현할 수도 있다. 데이터 기억층(17) 내의 원자가 이와 같이 그룹을 이루고 있다면, 스핀분극화 전자빔(19)의 직경은 보다 큰 데이터 기역영역을 수용하기 위해 충분히 커야만 한다.데이터 기억층(17)으로부터의 데이터 독출은 2가지 기술 중 하나를 이용하여수행될 수 있다. 제1데이터 독출기술의 경우, 제어기(1)는 어드레스 신호를 수신한다. 스핀분극화 전자원(40)은 제1 및 제2데이터값 중 하나에 대응하는 분극방향을 갖는 스핀분극화 전자(3)를 제공한다. 다음, 추출기(4)는 팁(2b)으로부터 스핀분극화 전자(3)를 추출하고, 콜리메이터(6,7,9)는 스핀분극화 전자(3)를 스핀분극화 전자빔(19)으로 집속하며, 정전렌즈(10∼12)는 스핀분극화 전자빔(19)의 초점을 맞춘다. 그 다음, 스핀분극화 전자빔(19)은 마이크로 디플렉터(14,15)에 의해 데이터가 독출될 데이터 기억층(17)의 한 부분으로 향하게 된다. 제어기(1)는 어드레스 신호를 이용하여 데이터가 독출될 부분을 결정한다.도 6a에 나타낸 바와 같이, 독출될 부분의 데이터 자계의 분극방향이 스핀분극화 전자빔(19) 내의 전자의 분극방향과 같은 경우, 스핀분극화 전자빔(19) 내의 전자는 데이터 자계에 의해 끌려와, 데이터 기억층(17)에 의해 흡수된다. 데이터 기억층(17)에 의해 전자가 흡수되면 신호(S20)가 발생한다.도 6b에 나타낸 바와 같이, 데이터 자계의 분극방향이 스핀분극화 전자빔(19)내의 전자의 분극방향과 반대인 경우, 스핀분극화 전자빔(19)내의 전자는 데이터 자계에 의해 편향되어 전자검출기(16)에 부딪힌다. 상기한 바와 같이, 전자검출기(6)에 전자가 부딪히면 신호(S18)가 발생한다.데이터 자계에 의해 스핀분극화 전자빔(19) 내의 전자가 끌리는 것은, 제1데이터값 예컨대 '0'의 데이터 값으로 제어부(1)에 의해 검출되어지고, 데이터 자계에 의한 스핀분극화 전자빔(19)내의 전자의 편향은, 제2데이터값 예컨대 '1'의 데이터값으로 제어부(1)에 의해 검출되어진다. 특히, 제어부(1)는 스핀분극화 전자(3)의 생성과 관련된 고정 시간에서, 그리고 스핀분극화 전자빔(19)이 데이터 기억층(17)에 부딪히는 것과 관련된 고정 시간에서 신호(S18)와, 신호(S20), 또는 신호(S18) 및 신호(S20) 모두를 검출하고 해석한다. 스핀분극화 전자(3)가 생성된 후 특정 시간이 지난 후에 제어부(1)에 의해 신호(S18)가 검출되지 않거나 및/또는 전압(V20)이 검출되면, 제어부(1)는 스핀분극화 전자빔(19) 내의 전자가 데이터 자계에 의해 끌려져 데이터 기억층(17)에 의해 흡수되었다고 판단한다. 한편, 전자빔(19)이 생성되고서 특정 시간이 지난 후에 제어부(1)에 의해 신호(S18)가 검출되거나 및/또는 신호(S20)가 검출되지 않으면, 제어부(1)는 스핀분극화전자빔(19)내의 전자가 데이터 자계에 의해 편향되어 전자검출기(16)에 의해 검출되는 것으로 판단한다. 데이터 기억층(17)내의 과잉전자가 예컨대 신호(S20)를 발생하는 전극에서 배출되고, 전자검출기(16)내의 과잉전자는 예컨대 신호(S18)를 발생하는 전극에서 배출되는 것이 바람직하다.데이터를 기억하는 경우와 마찬가지로, 제1기술을 이용하여 데이터 기억층(17)으로부터 데이터를 독출하는 경우, 스핀분극화 전자빔(19)의 에너지 레벨은 데이터 기억층(17)에 사용된 재료에 따라 설정되어야 한다. 그러나, 제1기술을 이용하여 데이터를 독출할 때, 스핀분극화 전자빔(19)의 에너지 레벨은 데이터 기억층(17)에 생성된 데이터 자계에 자기변화를 발생시키지 않도록 충분히 낮아야 한다.제2데이터 독출기술에 있어서는, 스핀분극화 전자원(40)이 제1 및 제2데이터값중 하나의 값에 대응하는 분극방향을 갖는 스핀분극화 전자(3)를 제공한다. 다음, 추출기(4)는 팁(2b)으로부터 스핀분극화 전자(3)를 추출하고, 콜리메이터(6,7,9)는 스핀분극화 전자(3)을 스핀분극화 전자빔(19)으로 집속하며, 정전렌즈(10∼12)는 스핀분극화 전자빔(19)의 초점을 맞춘다. 그 다음, 스핀분극화 전자빔(19)은 마이크로 디플렉터(14,15)에 의해 데이터가 독출될 데이터 기억층(17)의 한부분으로 편향된다.이 제2기술에 있어서, 스핀분극화 전자빔(19)의 에너지는 데이터 기억동작을위한 에너지보다 높은 값으로, 스핀분극화 전자빔(19)이 데이터 기억층(17)의 부분을 관통하여 데이터 기억층(17)의 그 부분이 2차 전자를 생성하도록 충분히 높게 된다. 바람직하게는, 데이터기억층(17)의 격자 내의 원자의 열적 이동을 야기시키지 않도록 스핀분극화 전자빔(19)의 에너지는 너무 높지 않게 되어야 한다.데이터 기억층(17)에 의해 생성된 2차 전자는 데이터 기억층(17)의 일부분에 의해 발생된 데이터 자계의 분극방향과 스핀분극화 전자빔(19) 내의 전자의 분극방향 사이의 관련 특성인 특정 에너지 및 스핀을 갖는다. 이들 2차 전자의 특성은 제1 및 제2 데이터값 중 하나의 값으로서 검출된다.예컨대, 도 7a에 나타낸 바와 같이 데이터 자계의 분극방향이 스핀분극화 전자빔(19) 내의 전자의 분극방향과 같다면, 데이터 기억층(17)은 제1데이터값, 예컨대 '1'의 데이터값에 대응하는 제1 스핀특성 및 제1 에너지를 갖는 2차 전자(24)를 생성한다. 마찬가지로, 도 7b에 나타낸 바와 같이 데이터 자계의 분극방향이 스핀분극화 전자빔(19)내의 전자의 분극방향과 반대라면, 데이터 기억층(17)은 제2데이터값, 예컨대 '0'의 데이터값에 대응하는 제2 스핀특성 및 제2 에너지를 갖는 2차 전자(26)를 생성한다. 데이터 기억층(17)에 의해 생성된 2차 전자는 전자검출기(16)에 의해 검출되어 2차 전자의 특성을 표시하는 신호(S18)를 생성한다. 제어부(1)는 신호(S18)를 수신하면, 2차 전자 특성을 해석한다.이 제2기술이 데이터 기억층(17)에 의해 생성된 2차 전자의 에너지 및 스핀 특성을 검출하는 것으로 설명하였지만, 데이터 기억층(17)상에 기억된 데이터를 독출하기 위해 당업계에서 공지된 2차 전자의 다른 특성이 검출될 수도 있다. 더욱이, 데이터 기억층(17)에 의해 생성된 2차 전자 대부분이 데이터 기억층(17)에 의해 방출되지만, 도 7a, 7b에 나타낸 바와 같이 몇 개의 2차 전자는 데이터 기억층(17)에 잔류하여 신호(S20)를 생성한다. 그러므로, 데이터 기억층(17)에 의해 생성된 2차 전자의 특성이 신호(S20)를 매개로 제어부(1)에 의해 검출되고 해석될 수도 있다.도 8에 나타낸 바와 같이, 스핀분극화 전자빔(19)의 정렬은 1개 또는 그 이상의 정렬영역(22)으로 빔을 향하게 함으로써 수행된다. 전위(V11)가 제어부(1)에 의해 검출될 때, 어드레스된 정렬영역과 표적이 된 정렬영역이 매칭된다. 전위(V11)가 검출되지 않으면, 마이크로 디플렉터(14,15)로의 신호(S2∼S17)가 제어부(1)에 의해 조정되어 정렬 불일치를 보상할 수 있다. 스핀분극화 전자빔(19)의 정렬은 장치의 동작 중 주기적으로 행해지는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 정렬기능은 매체(media) 상의 선택된 영역에 기억된 비트 패턴들을 검출함으로써 수행될 수 있다. 정확한 패턴이 검출된 경우에는 어드레스된 정렬영역과 표적이 된 정렬영역이 매칭된다.상기한 바와 같이, 블랭킹소자(13)는 제어부(1)의 제어하에서 스핀분극화 전자빔(19)이 데이터 기억층(17)과 충돌하는 것을 방지한다. 블랭킹소자(13)는, 예컨대 신호(S1)로 제어되는 2개의 극을 구비하여 구성된다. 블랭킹소자는 당업계에서 공지된 다른 구성을 갖을 수 있고, 극은 개별적으로 제어될 수 있다.제어부(1)는 특정 시간에서 특정 기간 동안 블랭킹소자(13)로 신호(S1)를 인가하여 스핀분극화 전자빔(19)을 블랭크(blank)하는 한편, 스핀분극화 전자빔(19)은 마이크로 디플렉터(14,15)에 의해 이동되어 데이터 기억층(17)의 다른 부분을 표적으로 하게 된다. 또한, 전자가 데이터 기억층(17)에 의해 편향되거나 방출되는지를 제어부(1)가 검출하고 있는 동안에 블랭킹소자(13)는 데이터 독출동작동안 스핀분극화 전자빔(19)을 블랭크하는데 사용될 수도 있다. 블랭킹소자(13)의 극은 스핀분극화 전자빔(19)을 확산시키는 역할을 하여 빔내의 전자가 빔으로서 데이터 기억층(17)의 표면에 부딪히지 않도록 한다.다르게는 데이터 독출동작동안 마이크로 디플렉터(14,15)가 스핀분극화 전자빔(19)의 블랭킹을 수행하도록 사용될 수도 있다. 예컨대, 제어부(1)가 마이크로 디플렉터(14,15)에 신호(S2∼S17)를 제공하여, 도 9에 나타낸 바와 같이 스핀분극화 전자빔(19)이 데이터 기억에 이용되지 않는 데이터 기억층(17)의 특정 영역,예컨대 파킹영역(21)으로 향하도록 할 수 있다. 스핀분극화 전자빔(19)이 파킹영역(21)상에 부딪히게 되면 제어부(1)가 전위(V10)를 검출하게 된다.제조상의 문제나, 열화(degradation), 또는 데이터 기억에 이용할 수 없는 데이터 기억층(17)의 하나 이상의 흠이 있는 영역을 발생시키는 다른 원인의 결과로서 데이터 기억층(17)에 결함이 존재할 수 있다. 따라서, 이러한 흠이 있는 영역에 데이터가 기억되거나 이 흠이 있는 영역으로부터 데이터가 독출되는 것을 방지하기 위해 포맷(format) 조작이 제공된다. 예컨대, 포맷조작중에 제어부(1)는 업(up) 극상과 다운(down) 극성 사이에서 데이터 기억층(17)에 생성된 각 데이터 자계를 적어도 한번 사이클링(cycle)하여, 각 결과를 검증한다. 이 포맷조작은, 예컨대 상기 데이터 독출 및 데이터 기억동작을 사용하여 연속적으로 수행될 수 있다. 기록된 데이터가 신뢰성있게 독출될 수 없는, 데이터 기억층(17)의 소정 부분이 이용될 수 없는지의 여부를 제어부(1)가 결정한다. 포맷조작이 완료되면, 데이터 기억층(17)의 이용할 수 없는 부분의 위치가 메모리에 기억되어 이어지는 데이터 기억동작 동안 데이터가 기억될 수 있는 곳을 결정하는데 이용되도록 예컨대 제어부(1)에 의해 유지된다.포맷조작은 데이터 기억/검색장치의 동작동안 데이터 기억층(17)의 이용할수 없는 부분의 위치를 검색하고 기억할 수도 있다. 예컨대, 데이터 기억층(17)의 한부분으로 각 기억동작이 수행된 후에, 그 부분이 현재 손상되지 않았다는 것을 검증하기 위하여 제어부(1)가 그 부분으로부터 독출할 수 있다.또한, 제어부(1)는 메모리를 사용하여 자주 독출지만 드물게 기억되는 데이터를 기억하고 보호하는데 이용되는 데이터 기억층(17)의 부분들의 위치를 기억하도록 할 수도 있다. 현재 기억매체에 기억된 이런 타입의 데이터의 예는 ROM에 기억된 구성 데이터 및 구동 소프트웨어이다. 이런 타입의 데이터는 메모리 내에 보호되어야 할 것으로 지정된 데이터 기억층(17)의 부분에 기억된다. 보호되는 데이터에 실수로 변화가 가해지는 것을 방지하기 위한 부가적인 예방책으로서, 데이터 기억층(17)의 소정 부분은 데이터 기억층(17)과는 다른 재료로 구성할 수도 있다. 이 다른 재료는 보호되지 않는 데이터 위치에 의해 요구되는 것과는 다른 데이터를 기억하기 위한 스핀분극화 전자빔의 파장 및/또는 강도를 필요로 할 수 있다. 따라서, 제어부(1) 메모리로의 억세스와 스핀분극화 전자빔 강도의 변형 모두가 상기 보호되는 데이터의 극성을 변화시키기 위해 요구된다.이 스핀분극화 전자빔은 종방향 스핀분극으로 설명되었지만, 횡방향 분극도 사용될 수 있다. 횡방향 스핀분극화 전자빔의 분극은 매체내에서의 자기모멘트가 전자빔 분극과 같은 평면에서 평행/비평행인 것을 요구하고, 기억영역 사이의 자기 커플링이 빔/매체 상호작용을 간섭하기에 충분하지 않을 것을 요구한다.상기된 방법 및 장치로 얻어지는 이점은 모든 움직이는 이동 부품을 배제한 것이다. 그러나, 소정 메카니즘을 추가하면 데이터 기억층이 빔에 대해 이동되도록 할 수도 있다. 이러한 이동은 데이터 기억층의 회전과, 하나의 데이터 기억층의 다른 기억층과의 교환, 또는 당업계에 공지된 다른 수단에 의해 발생할 수 있다. 또한, 빔형성장치가 이동하도록 제조될 수 있다.전위(V2∼V8, V12∼V19) 및 신호(S2∼S9, S10∼S17, S19)는 조정가능한 바이어스 구성요소를 갖는 것이 바람직하다. 이들 바이어스 구성요소는 위치의 오정렬과, 빔의 변형 및, 다른 소자에 의해 기인된 스핀분극화 전자빔(19)의 교정 가능한 영향을 보상하기 위해 이용된다. 소자의 바이어스 구성요소는 소자의 개구 내의 장(field)의 강도 및 형상을 변화시킴으로써 스핀분극화 전자빔(19)에 대한 소자의 영향을 변경시킨다. 바이어스 조정은 장치의 동작 동안 제어부(1)에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 이들은 독출/기록 기능이 데이터 기억층(17)에 야기된 데이터 자계의 분극을 결정하거나 또는 변경할 수 없을 때 특정 순서로 발생한다. 각 소자를 위한 바이어스 보상량은 공지된 데이터 자계가 변형되어 독출될 수 있도록 데이터 기억층(17)상의 스핀분극화 전자빔(19)의 단면과 파장 및 강도를 재집광하는데 필요한 조정에 의해 결정된다.도 10은 전자방출장치(40)의 상세도이다. 스핀분극화 전자원(40)은 종방향으로 분극된 전자의 방출을 위한 변조자기분극형(modualted self-polarizing)의 예리한 팁으로서, 여기서 전자는 방출 경로와 평행한 스핀 축을 갖는다. 추출기 등의 부품과 함께 사용되는 경우에, 스핀분극화 전자원(40)에 의해 방출되는 전자들은 매우 비슷한 파장을 가진다. 기판(2a)은 팁(2b)의 외부지지를 위한 것으로서, 그 위에 여분의 팁 구성요소가 조립된다. 기판(2a)은 SiO2또는 다른 적절한 재료를 포함하는데, 이에 의해 자화층(31)이 도전층(33) 및 연장부(33a)와 도전층(33)을 위한 전기적인 콘택트로부터 전기적으로 분리된다.도 10에 나타낸 바와 같이, 절연층(32)은 자화층(31)에 인접해 있고, 자화층의 연장부(31a)에 근접하여 자화층(31)의 가장자리를 지나서 뻗어있다. 절연층(32)은 자화층(31) 및 도전층(33)내의 전류를 고립시키는 SiO2또는 다른 적절한 재료를 포함한다.도전층(33)은 MBE 또는 당업계에서 공지된 다른 수단에 의해 절연층(32)상에 증착되는 Fe와 같은 초박막의 강자성재이다. 바람직하게는,도전층(33)은 단일 자기영역(magnetic domain)이다. 자화층 연장부(31a)와 도전층 연장부(33a)는 자화층(31)과 도전층(33)에 각각 전기적으로 접속된다.도 11은 도 1O의 A-A선을 따른 전자방출장치의 단면도이다 (도 1O은 도 11의 B-B선을 따른 단면도이다). 자화층(31)은 Al, Cu 또는 Au와 같은 도전성 금속재로서, 적절한 증착기술을 이용하여 기판(2a)상에 증착된다. MBE 또는 화학기상증착(CVD)과 같은 리소그래피 기술이 적당한 구성으로 층을 형성하는데 사용된다. 자화층(31)은 신호전압(S19)을 위한 2개의 면외(out-of-plane) 전기접점을 갖는 일련의 평면 동심 고리를 포함한다.도 12는 자화층(31)의 면외 연장부인 자화층의 연장부(31a)상의 신호(S19)를 위한 2개의 전기접속영역을 나타낸다. 전원전압(V1)용 전기접속영역은 도전층(33)의 면외 연장부인 도전층 연장부(33a)상에 있다 (도 10 참조). 전기접속은 인듐 땜납 또는 당업계에서 공지된 다른 적당한 재료로 도전층 연장부(33a)와 자화층 연장부(31a)에 직접 땜납 된다.팁(2b)은 도전층(33)상에서 에피택셜법에 의해 또는 당업계에서 공지된 다른 방법에 의해 성장될 수 있는 도전재로 된 예리한 팁이다. 팁(2b)과 도전층(33) 사이의 일체 접속은 도전층(33)과 팁(2b) 사이에 적당한 전기적인 인터페이스 특성을 생성하여, 도전층(33)과 팁(2b) 사이의 인터페이스를 가로지르는 동안 전자의 스핀산란을 감소시킨다. 팁(2b)으로의 스핀분극화 전자의 흐름에 대한 스핀 유도 가변 임피던스의 효과를 제어함으로써, 스핀분극화 전자원(40)의 일관적인 동작특성이 더 잘 달성된다. 따라서, 더 많은 전자가 그들의 분극을 유지하면서 인터페이스를 가로지르게 된다.팁(2b)의 초기 또는 외부 자화나 다른 스핀분극화 전자원(40)의 구성부품도 요구되지 않는다. [+] 또는 [-]극성으로 교번하는 전압인 신호(S19)는 기판(2a)에 인접한 자화층 연장부(31a)의 2개의 전기접속영역에 접속된다. 전류(I19)는 자화층(31)의 제1전기접속영역을 통과하고, 동심 고리를 통하여, 자화층(31)의 제2전기접속영역 밖으로 흐른다. 전류(I19)는 층의 평면 하부 및 상부에 자계를 생성한다. 생성된 자계는 절연층(32) 및 도전층(33)을 통해 수직으로 연장된다. 도전층(33)은 자화층(31)내의 전류(I19) 흐름의 방향때문에 제1방향으로 자화된다. 신호전압(S19)이 제거된 후, 도전층(33)은 상자성재이기 때문에 자화된채로 유지된다. 신호(S19)는 교번 극성 전압으로서, 제어부(1)에 의해 장치의 진행 중의 동작에 동기되도록 제어된다. 신호전압(S19)이 제어부(1)에 의해 반대의 극성으로 스위치되면, 도전층(33)은 반대 또는 제2방향으로 자화되는데, 제2방향으로 자화된채로 유지된다. 도전층(33)으로 공급된 소스전류(I1)는 도전층(33)의 고유 자화 및 전류(I19)에 의해 생성된 자계에 의하여 분극된다. 팁(2b)의 곡률이 가장 큰 지점에서 추출기(4)로부터의 전계 기울기에 의해 팁의 예리한 지점을 관통함에 따라 스핀분극화 전류는 예리한 팁에서 팁(2b)으로부터 추출된다.결정격자 내의 전류캐리어는 전자 또는 정공일 수 있다. 이하, 전자를 예로써 설명한다. Fe원자의 3d 서브쉘은 한쪽 스핀의 5개의 전자와 반대 스핀의 6번째 전자를 갖는다. 전자스핀은 궤도 각운동량의 대략 2배의 크기로서 궤도 각운동량과는 다른 고유 각운동량을 통해 자기모멘트를 전개시킨다. 각 전자는 고유 각운동량에 기인하는 합성 자기모멘트를 갖는다. 이 모멘트들은 원자의 자기모멘트를 형성하기 위해 정렬한다. Fe원자의 3d서브쉘의 처음 5개의 전자는 스핀 및 합성 자기모멘트를 자화층(31)에 의해 전개된 외부장(field)에 정렬시켜, 외부장에 평행하게 된다(원자의 전자궤도 구조 및 결정구조의 제한범위 내에서). 6번째 스핀은 처음 5개의 스핀과 평행하지 않아 1개의 전자의 자기모멘트를 상쇄한다. 전류(I1)는 랜덤한 방향의 스핀을 갖는 전자를 포함한다. 따라서, 외부 자계에 의해 수직으로 관통된 평면 박막을 통해 전류가 흐를 때, 전류 내의 전자들은 스핀분극된다. 그 결과, 도전층(33)을 통해 흐르는 전자가 스핀 분극된다.스핀분극화 전자원(40)의 구성요소는 종방향 스핀분극화 전자를 생성하기 위한 임의의 구성일 수 있는데, 도전층(33)을 통해 스핀을 분극시키는 자화축을 제공하는바, 방출표면과 길이방향으로 병렬설치된다. 이와 달리, 횡방향 분극된 전자의 생성은 상기된 실시예의 변형구성으로 스핀분극화 전자원(40)의 구성요소를 제조함으로써 이루어질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 도전층을 통과하는 자화축은 방출 표면과 수직하게 병렬설치된다.일반적으로, 스핀분극화 전자원은 공지된 스핀분극화 전자를 제공하는 임의의 공급원일 수 있다. 스핀분극화전자원(40)은 예컨대 스캐닝 전자 마이크로스코프 또는 다른 유사한 장치의 팁으로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 팁은 예컨대 단일 원자의 직경과 같이 작은 직경을 갖는다.평탄한 데이터 기억층(17)에 대하여 설명하였지만, 다른 모양 및 구성을 이용할 수도 있다. 예컨대, 자기매체는 타일, 콘, 피라미드, 원통, 구, 입방체 또는 전기적으로 서로 고립되거나 또는 고립되지 않는 다른 불규칙한 형상과 같은 기하 학적 구조의 배열로 분할될 수 있다. 이러한 기하학적 구조는 빔 내의 전자의 자기축이 그 기하학적 구조 내의 피조사(illuminated) 원자의 자기축과 평행한 경우에 임의의 소정 형태를 가질 수 있다.도 13은 본 발명의 다른 실시예의 부분을 나타낸다. 실린더(35)는 기판(34)상에 강자성재를 포함한다. 실린더(35)의 용이자기축은 종방향일 수 있다. 용이 자기축은 실린더(35)의 자기축을 분극시키기 위해, 빔 내에서 횡방향으로 스핀분극되는 전자와 평행하게 배향된다.또 다른 예로서, 자기매체는 표면상에 규칙적인 배열로 증착된 콘 형상의 형태일수 있다. 콘의 자기축은 표면의 평면과 평행할 수 있는데, 콘의 자기축을 분극시키기 위해 빔내에 횡방향으로 분극된 스핀분극화 전자를 필요로 한다.Fe 자기매체에 대하여 설명하였지만, 외부 d서브쉘의 결합에너지와 f 또는 s서브쉘 전자의 결합에너지의 중첩(co-mingling)범위를 가지며 소수 원자층에서 bct와 같이 변형된(strained) 격자구조를 통해 강자성을 나타낼 수 있는 임의의 다전자 금속이 자기매체로서 사용될 수 있다. 자기매체용 후보 금속으로는 주기율표상의 3개의 전이원소로부터 얻을 수 있다. 예컨대, 3d 계열에서의 후보 금속은 Co 및 Ni를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 4d 및 5d 계열로부터의 후보 금속은 각각 Mo,Ir을 포함할 수 있다. 이 금속들은 상술한 Fe 자기매체와 비슷하게 기능한다.당업자라면 본 발명의 범위와 정신으로부터 벗어나지 않고도 본 발명의 다양한 변형예와 수정예가 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에서 본 발명의 변형예와 수정예를 커버한다.
상기된 방법 및 장치로 얻어지는 이점중 하나는 모든 움직이는 이동 부품을 배제한 것이다. 그러나, 소정 메카니즘을 추가하면 데이터 기억층이 빔에 대해 이동되도록 할 수도 있다. 이러한 이동은 데이터 기억층의 회전과, 하나의 데이터 기억층의 다른 기억층과의 교환, 또는 당업계에 공지된 다른 수단에 의해 발생할 수 있다. 또한, 빔형성장치가 이동하도록 제조될 수 있다.

Claims (29)

  1. 제1도전재와,
    이 제1도전재에 자기적으로 결합되는 자기 초박막,
    상기 제1도전재와 자기 초박막 사이에 위치되는 전기절연성 및 자기투과성 매체,
    전계에 의해 충돌될 때 전자를 방출하는 구조로 형성되며 상기 자기 초박막에 전기적으로 결합되는 제2도전재 및,
    전자를 방출하는 상기 구조상에 충돌하는 전계를 생성하기 위하여 상기 전자를 방출하는 구조에 전기적으로 결합된 양극을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 전자방출장치.
  2. 제1항에 있어서, 전계는 상기 전자방출장치에 대하여 내부적으로 전개되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  3. 제1항에 있어서, 전자를 방출하는 상기 구조가 원뿔 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기절연성 및 자기투과성 재료는 공기인 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기절연성 및 자기투과성 재료는 진공인 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  6. 제1항에 있어서, 스핀분극화될 전자의 흐름을 제공하기 위하여 자기 초박막에 연결된 전류원과,
    이 전류원에 의해 공급된 전자의 흐름을 변화시키기 위한 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전자의 흐름을 변화시키기 위한 수단은 전자의 흐름을 간헐적으로 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전자의 흐름을 변화시키기 위한 수단은 스핀분극화 전자의 방출 동안 디스에이블되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 전자의 흐름을 변화시키기 위한 수단은 스핀분극화 전자의 방출 동안 이네이블되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  10. 제1항에 있어서, 제1도전재가 자기 초박막 내에서 생성된 자계의 충돌을 강화하는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  11. 제1항에 있어서, 제1도전재가 다수의 코일로 형성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  12. 제1항에 있어서, 제1도전재에 연결된 전압원과,
    상기 자기 초박막 내의 전자를 상기 전압원의 극성에 대응하는 분극방향으로 분극시키기 위하여 상기 전압원의 극성을 전압원의 제1극성과 전압원의 제2극성 사이에서 변화시키는 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  13. 제12항에 있어서, 자기 초박막 내의 전자의 분극 정도를 변화시키기 위해, 전압원에 의해 공급된 전압의 크기를 변화시키기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 자기 초박막은 변형된(strained) 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  15. 제1항에 있어서, 스핀분극화될 전자의 흐름을 제공하기 위하여 자기 초박막에 연결된 전류원과,
    전류원에 의해 공급된 전자의 흐름을 변화시키는 수단과,
    제1도전재에 연결된 전압원 및,
    상기 자기 초박막 내의 전자를 상기 전압원의 극성에 대응하는 분극방향으로 분극시키기 위하여 상기 전압원의 극성을 전압원의 제1극성과 전압원의 제2극성 사이에서 변화시키는 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  16. 제15항에 있어서, 자기 초박막 내의 전자의 분극 정도를 변화시키기 위해, 전압원에 의해 공급된 전압의 크기를 변화시키기 위한 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  17. 제15항에 있어서, 전압원의 극성을 변화시키기 위한 수단이 제1도전재에 의해 생성된 자계의 극성을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  18. 제17항에 있어서, 자계의 극성이 자기 초박막내에서 분극화 전자의 분극방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  19. 제16항에 있어서, 전압원이 분리가능한 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  20. 제16항에 있어서, 전압원이 스핀분극화 전자의 방출 동안 이네이블될 수 있는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  21. 제16항에 있어서, 방출된 전자의 분극 정도를 감소시키기 위하여 상기 전압원은 디스에이블되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  22. 제17항에 있어서, 전압원의 극성을 변화시키기 위한 수단이 전압을 간헐적으로 공급하기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  23. 제17항에 있어서, 자계는 전자방출장치에 대하여 내부적으로 전개되는 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  24. 제12항에 있어서, 극성을 변화시키기 위한 수단이,
    극성신호를 수신하기 위한 수단과,
    수신된 극성신호에 기초하여 자기 초박막의 극성을 변화시키기 위해, 극성을 변화시키기 위한 수단을 제어하는 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 전자방출장치.
  25. 자계의 극성을 확립하기 위해 제1도전재에 전압을 공급하는 단계와,
    자계의 극성에 기초하여 자기 초박막내의 전자를 분극시키는 단계,
    자기 초박막내에서 스핀분극화될 전자의 흐름을 제공하기 위해 자기 초박막으로 전류를 공급하는 단계 및,
    전자를 방출하는 구조로 형성된 제2도전재를 전계에 예속시킴으로써 분극화된 전자를 방출하기 위한 단계를 구비하여 구성된 스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 전압을 공급하는 단계가 제1극성과 제2극성 사이에서 전압을 변화시키는 단계를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 자기 초박막으로 공급된 전류에 기초하여 분극화된 전자의 흐름을 제어하기 위한 수단을 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 전계의 강도를 변화시켜서 방출된 전자의 에너지 레벨을 제어하는 단계를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 방법.
  29. 제26항에 있어서, 방출된 전자의 분극을 스위칭하는 단계를 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 스핀분극화 전자를 생성하고 방출하는 방법.
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