KR100389903B1 - 접촉 저항 측정을 이용한 정보 저장 장치 및 그 기록과재생 방법 - Google Patents

접촉 저항 측정을 이용한 정보 저장 장치 및 그 기록과재생 방법 Download PDF

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Abstract

접촉 저항 측정을 이용한 정보 저장 장치 및 그 기록과 재생 방법에 관하여 개시된다. 정보가 저장되는 저장 매체; 상기 저장 매체에 정보를 기록하거나 읽어내도록 상기 저장 매체와 대향되게 설치된 프로브를 구비하는 정보 저장 장치에 있어서, 상기 저장 매체는 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판 상부에 형성된 전도층 및 상기 전도층 상부에 형성된 절연층을 구비한 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치를 제공함으로써, 종래의 SPM(Scanning probe microscopic : 원자현미경)기술을 이용한 정보 저장 매체의 개발에 있어 문제가 되어 왔던 정보 유지문제 (retention problem), 정보 재생 속도(reading speed), 신호대 잡음비(S/N ratio) 등의 문제들을 해결할 수 있다.

Description

접촉 저항 측정을 이용한 정보 저장 장치 및 그 기록과 재생 방법{Mass data storage and the method of writing and reading therof by contact resitance measurement}
본 발명은 접촉 저항 측정을 이용한 정보 저장 장치 및 그 기록과 재생 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로브 팁과 정보 저장 매체와의 접촉 저항에 따른 출력 전압 값의 변화를 이용한 정보 저장 장치 및 그 기록과 재생 방법에 관한 것이다.
최근, 원자현미경(scanning probe microscopic)을 이용한 다양한 원자 레벨의 새로운 현상의 발견과 이를 이용한 데이타 스토리지(data storge)의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 특히, 이러한 연구중에서도 가장 중요한 정보 저장 매체인 미디어의 개발 및 정보의 기록 및 재생을 위한 여러 방법들이 제시되고 있다. 대부분의 연구들에 있어서 자성체를 이용하거나, 압전체, 차지 트랩(charge trap) 또는 상변화를 이용하여 원자레벨 또는 수십 nm 크기의 비트를 구현하려고 하고 있다. 그러나, 이러한 물질들을 이용하여 미디어를 만들 경우 정보 유지(retention) 문제(압전체, charge trap)라는 치명적인 결함에 의한 한계에 부딪히며, 한편 그 신호 자체도 굉장히 미약하여 원자레벨 또는 수십 nm의 작은 크기의 정보량을 읽기 위해서는 고감도의 센싱 프로브의 개발이 필수적이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 예를 들어, IBM 에서 폴리머(polymer)를 이용한 미디어를 개발하였으나, 이 또한 감도 또는 정보 재생 속도 등의 한계를 가지고 있다. 이를 도면을 참고하면서 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 IBM에서 개발한 종래의 폴리머 미디어를 이용한 매스 테이터 스토리지의 정보의 기록 및 재생 메커니즘을 나타낸다. 도 1a는 정보 기록 매커니즘을 나타낸다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, IBM 기술의 경우에는 실리콘 프루브의 캔틸레버(12)를 통해 전류를 인가하여 팁(11)을 가열하여 미디어인 폴리머(13)를 녹여서 정보 단위인 비트(15)를 쓰게 된다. 이 경우 미디어인 폴리머(13)의 두께가 얇으면 얇을 수록 더 작은 비트(15)를 쓸 수 있다. 도 1b 에서는 정보 재생 매커니즘을 나타낸다. 정보를 재생하기 위해 팁(11)을 폴리머(13) 상부에서 센싱을 시키는 동안에도 프로브의 캔틸레버(12)에 전류를 흘려서 팁(13)이 히팅된 상태로 미디어 표면을 스캔하게 된다. 이 경우의 히팅 온도는 폴리머(15)가 녹지 않는 온도를 유지한다. 프로브가 폴리머(15)의 표면을 스캔할 때와 폴리머 홈이 비트 바닥면을 스캔할 때의 온도 전도도의 변화로 인하여 프로브 양단의 전류량이 변하게 되므로, 이러한 차이를 감지하여 정보를 읽어낸다. 결국 센싱시에는 온도 변화를 감지하게 되며, 정보 재생시에 기록된 비트(15)의 홈이 깊으면 깊을수록 높은 신호대 잡음비(S/N비)를 얻을 수 있게 된다. 그러나, 상기 정보 재생 메커니즘에서 언급한 바와 같이, 보다 작은 비트를 쓰기 위해서는 폴리머(15)의 두께를 얇게 하여야 하나, 이는 곧 센싱 감도 또는 신호대 잡음비와 직결되기에 무작정 얇게 할 수가 없다는 문제가 발생한다. 현재, IBM 에서 제시하고 있는 문헌에서는 폴리머의 두께를 40nm로 밝히고 있으나, 이 경우 신호를 읽어내더라도 증폭회로등을 따로 꾸며야 하는 문제점이 있다.
한편, 정보저장기기에 있어 고기록밀도화와 함께 중요한 문제가 정보 재생 속도(reading speed)의 향상 문제이다. 정보 재생 속도의 경우 프로브의 고유 진동수와 상관이 있으나 IBM의 기술과 같이 온도 변화를 감지하는 경우 고유 진동수 외에 thermal time constant에도 영향을 받게 된다.
또한, 도 2a 및 도 2b 결과에서와 같이 온도변화를 감지하여 정보를 재생하는 경우 깨끗한 상을 얻기가 어렵다
따라서 종래 기술에서 해결하기 어려운 문제들, 즉 작은 비트 크기(small bit size), 정보 재생 속도(high speed) 및 신호대 잡음비(S/N ratio)와 관련된 문제를 해결하기 위해서 새로운 정보 저장 장치 및 그에 관한 정보 기록과 재생 방식을 개발할 필요성이 대두된다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 정보 기록 단위인 비트의 크기를 작게하고 정보 재생 속도를 높이며, 보다 큰 신호대 잡음비를 얻기 위한 정보 저장 장치의 개발 및 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a는 종래 기술에 의한 정보 저장 장치의 정보의 기록 방법을 나타낸 도면이다.
도 1b는 종래 기술에 의한 정보 저장 장치의 정보의 재생 방법을 나타낸 도면이다.
도 2a는 종래 기술에 의해 제작된 정보 저장 매체의 비트를 나타낸 SEM 사진이며, 도 2b는 종래 기술에 의한 정보 저장 장치에 의한 정보 재생의 결과를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 정보 저장 장치의 작동 매커니즘을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 정보 저장 장치의 캔틸레버 및 프로브(probe)에 관한 일실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 정보 저장 장치의 캔틸레버 및 프로브에 관한 또 다른 실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 정보 저장 장치의 프로브에 관한 또 다른 실시예에관한 도면이다
도 7a는 본 발명에 의한 정보 저장 매체에 홀을 형성시킨 뒤, 그 표면의 형상을 나타낸 AFM 사진이며, 도 7b는 상기 도 6a의 A-A'선에 따른 단면의 고저를 나타낸 그래프이다.
도 8은 상기 도 7에 의한 정보 저장 매체에 프로브를 스캔하여 얻어낸 출력 전압값을 얻어낸 그래프이다.
도 9a는 본 발명에 의한 정보 저장 장치의 재기록 테스트(rewritable test) 결과를 나타낸 그래프이다. 그리고, 도 9b는 도 9a의 A 영역을 확대한 도면이며, 도 9c는 도 9a의 B영역을 확대한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
11, 31, 41, 51, 61... 프로브의 팁
12, 32, 42... 프로브의 캔틸레버
13... 폴리머층 14, 35... 실리콘 기판
15, 38... 홀 33... 절연층
33'... 전도성 폴리머층 34... 전도층
36... 저항 37... 전압계
43... 정보 기록을 위한 금속층 44, 53... 정보 재생을 위한 금속층
62... 제 1 접촉 패드 63... 제 2 접촉 패드
64... 고 저항 영역
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 정보가 저장되는 저장 매체;
상기 저장 매체에 정보를 기록하거나 재생하도록 상기 저장 매체와 대향되게 설치된 프로브를 구비하는 정보 저장 장치에 있어서,
상기 저장 매체는 실리콘 기판;
상기 실리콘 기판 상부에 형성된 전도층; 및 상기 전도층 상부에 형성된 전기적 절연층;을 구비하며,상기 절연층의 소정 부위에 홈이 형성되고 상기 홈의 바닥에는 상기 전도층의 표면이 노출되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치를 제공한다.
상기 절연층은 유기물질, 폴리머, 왁스 또는 액정을 포함하며, 상기 전도층은 금속 또는 반도체 물질을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 프로브는 캔틸레버 및 상기 캔틸레버에 고정된 팁을 포함하며, 상기 캔틸레버는 Si, SiN 또는 절연체를 포함하며, 상기 팁은 실리콘으로 형성되며, 상기 실리콘 표면에는 금속층이 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 프로브는 상기 저장 매체로부터 소정 거리상에 떨어져 위치되거나, 접촉 모드로 동작되며, 상기 프로브는 상기 캔틸레버의 각 통전라인과 연결된 제 1 접촉 패드 및 제 2 접촉 패드를 포함하며, 상기 제 1 접촉패드는 상기 프로브의 팁과 연결된 라인은 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되며,상기 제 2 접촉 패드는 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 실리콘 기판;
상기 실리콘 기판 상부에 형성된 전도층;
상기 통전층 상부에 형성된 절연층을 포함하는 저장 매체 및
상기 저장 매체를 기록하거나 재생하도록 상기 저장 매체와 대향되게 설치된 프로브;를 구비하는 정보 저장 장치에 정보를 저장하는 방법에 있어서,
상기 절연층의 소정 부위에 상기 전도층의 표면이 노출되는 홀을 소정 부위에 형성시켜 정보를 기록하는 단계; 및
상기 프로브가 상기 저장 매체 표면을 스캔할 때 상기 프로브와 상기 저장매체 사이의 접촉에 따른 출력 전압값의 변화에 따라 정보를 재생하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 프로브는 캔틸레버 및 상기 캔틸레버에 고정된 팁을 포함하며, 상기 홀은 상기 프로브에 전류를 인가하여 상기 팁을 가열하여 상기 절연층을 녹임으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 출력전압 값의 변화는 상기 팁이 상기 절연층 상부를 스케닝하는 도중 상기 홀 부분에서 상기 전도층 표면과 접촉에 의한 쇼트의 발생되어 상기 전도층 및 상기 팁이 상호 폐회로를 이루어 통전되어 이를 상기 회로에 포함된 전압계로 읽어냄으로써 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 실리콘 기판;
상기 실리콘 기판 상부에 형성된 전도층을 포함하는 저장 매체 및
상기 저장 매체를 기록하거나 재생하도록 상기 저장 매체와 대향되게 설치된 프로브;를 구비하는 정보 저장 장치에 정보를 저장하는 방법에 있어서,
상기 절연층의 소정 부위에 상기 전도층의 표면이 노출되는 홀을 소정 부위에 형성시켜 정보를 기록하는 단계; 및
상기 프로브가 상기 저장 매체 표면을 스캔할 때 상기 프로브와 상기 저장 매체 사이의 접촉에 따른 출력 전압값의 변화에 따라 정보를 재생하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 홀은 상기 프로브에 전류를 인가하여 상기 팁을 가열하여 상기 전도층을 녹임으로써 형성되며, 상기 출력전압 값의 변화는 상기 팁이상기 전도층 상부를 스케닝하면서 상기 전도층 및 상기 팁의 상호 접촉에 의해 상기 전도층 및 상기 팁이 상호 폐회로를 이루어 통전된 상태에서, 홀부위에서 상기 출력전압 값이 0이 되어 이를 상기 회로에 포함된 전압계로 읽어냄으로써 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 전도층은 전도성 폴리머로 형성되며, 상기 프로브는 상기 캔틸레버의 각 통전라인과 연결된 제 1 접촉 패드 및 제 2 접촉 패드를 포함하며, 상기 제 1 접촉패드는 상기 프로브의 팁과 연결된 라인은 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되며,상기 제 2 접촉 패드는 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되지 않는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 3a는 본 발명에 의한 정보 저장 장치의 첫번째 실시예의 구성 및 원리를 나타내는 도면이다. 먼저, 본 발명에 의한 정보 저장 매체의 구성에 대해 살펴보면, 본 발명에서는 실리콘 기판(35) 상부에 전도층(34)을 형성시킨다. 상기 전도층(34)은 금속층 또는 반도체층인 것이 바람직하다. 또한, 전도층(34) 상부에 절연층(33)을 형성시킨다. 본 발명에 의한 정보 저장 매체의 구조와 도 1에 나타낸 종래 기술과의 차이점은 기판(35) 및 절연층(33) 사이에 전도층(34)을 한층 더 삽입시키는데 있다.
이때의 전도층(34)은 상기에서 서술한 바와 같이, 금속층 또는 반도체층인 것이 바람직한데 그 재료에 크게 제한을 받지는 않으며, 다만 금(Au)등과 같이 산화가 잘 일어나지 않는 물질인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 상기 절연층(33)은 상기 프로브 및 상기 전도층(34) 사이의 쇼트를 방지하기 위한 보호막(passivation)역할을 하는 것으로서 유기물질, 폴리머, 왁스 또는 액정등이 사용될 수 있다.
도 3a을 참고하여 본 발명에 의한 정보 저장 장치의 정보의 기록 및 정보의 재생 과정을 설명하면 다음과 같다.
정보 매체는 실리콘 기판(35) 상부에 전도층(34)이 형성되어 있으며, 상기 전도층(34) 상부에는 절연층(33)이 형성된 구조를 지니고 있다. 이때 정보를 기록하기 위해서 상기 켄틸레버(32)의 금속 전극에 전류를 인가하게 되면 상대적으로 저항이 큰 실리콘 팁(31) 부분이 발열을 하게된다. 이러한 열을 이용하여 상기 절연층(33), 예를 들어 폴리머(33)의 원하는 부위를 가열하게 되면 폴리머(33)가 녹게 된다. 폴리머(33)가 녹은 위치에서 상기 전도층(34)의 표면을 연통시키는 홀(38)이 형성되는데, 이러한 홀(38)을 하나의 정보 비트(bit)로 이용한다. 이 과정이 정보를 기록하는 과정이다.
다음으로, 정보의 재생 과정을 설명한다. 상기 금속층이 도포된 실리콘 팁(31)이 상기 절연층(33), 예를 들어 폴리머층(33) 상부를 스케닝 하게되면 일정한 위치에 형성된 홀(38)에 상기 실리콘 팁(31)이 빠지게 된다. 이 경우 상기 팁(31)과 예를 들어, 상기 금속 또는 반도체로 이루어진 전도층(34) 사이에서 쇼트(short)가 발생하게 된다. 이 경우 도 3에서와 같이 외부 저항(36)을 배치한 상태에서 출력 전압값에 큰 변화가 생기게 되며, 이러한 변화값을 외부 전압계(37)로 읽음으로써 nm 스케일의 정보 비트를 재생할 수 있게 된다. 이는 상기 프로브의 팁(31)의 스캔위치에 따른 출력 전압 값 즉, 상기 절연층(33), 예를 들어 폴리머층의 상부를 스캔할 경우의 출력 전압 값과 상기 프로브 팁(31)이 상기 홀(38)에 빠져 상기 도전층(34)과 접촉할 경우의 출력 전압 값의 차이를 이용한 것이다.
따라서, 본 발명에서의 상기 절연층(33)은 단지 상기 비절연층인 전도층(34)과 상기 프루브의 팁(31) 사이의 쇼트를 방지하기 위한 보호층(passivation)의 역할을 위한 것이다. 상기 전도층(34)으로는 이미 서술한 바와 같이 금속 또는 반도체와 같이 절연층과 전기전도도의 차이를 나타내는 물질이 바람직하며, 특히 산화가 잘 되지 않는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
도 3b를 참고하여, 본 발명에 의한 정보 기록 및 재생 장치의 또다른 실시예에 대해서 설명한다. 상기 도 3a의 경우에는, 프로브가 절연성 폴리머 상부를 스캔하다가 홀이 형성된 부위를 지나갈 때, 폴리머 하부의 전도층과 쇼트가 발생하여, 외부 부하저항에 걸리는 전압을 읽음으로써 정보 재생이 되는 반면, 도 3b에 나타낸 정보 기록 및 재생 장치의 경우에는, 이러한 쇼트 발생 과정이 생략된 장점이 있다.
도 3b의 정보 저장 장치는 기판(35) 상부에 전도층, 예를 들어 전도성 폴리머층(33')을 형성시킨 구조를 지니고 있으며, 따라서 도 3a의 정보 장치가 절연성 폴리머층(33)가 형성된 것과 폴리머(33)와 기판(35) 사이에 전도층(34)이 형성된 것과 차이를 나타낸다.
이러한, 또 다른 실시예의 정보 기록 및 재생 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 정보를 기록하는 방법은 상기 도 3a의 실시예와 같다. 즉, 정보를 기록하기 위해서 켄틸레버(32)의 금속 전극에 전류를 인가하게 되면 상대적으로 저항이 큰 실리콘 팁(31) 부분이 발열을 하게된다. 이러한 열을 이용하여 전도성 폴리머층(33')의 원하는 부위를 가열하게 되면 전도성 폴리머층(33')이 녹게 된다. 정도성 폴리머층(33')이 녹은 위치에서 상기 전도층(34)의 표면을 연통시키는 홀(38)이 형성되는데, 이러한 홀(38)을 하나의 정보 비트(bit)로 이용한다. 이 과정이 정보를 기록하는 과정이다.
그러나, 정보를 재생하는 과정에 있어서는 차이를 보여주는데, 이에 대해여 설명한다. 프로브의 팁(31)이 상기 기판 표면을 스캔을 하게되면, 전도성 폴리머층(33') 및 상기 프로브의 팁(31)사이에 통전이 일어나, 전압계(37)에 일정한 출력전압이 기록된다. 그러나 홀(38)이 형성된 위치에서는 출력전압이 0 또는 아주 작은 값으로 급격히 감소하는 결과를 나타낸다. 이러한 방식의 경우, 상기 도 3a의 경우에 비하여 기판(35) 상부에 전도성 폴리머층(33') 1층만 형성시키면 되는 장점이 있다. 또한, 데이타가 기록되어 있는 홀(38) 내부로 상기 프로브의 팁(31)이 들어갈 필요가 없으므로 정보 재생 속도가 빠른 장점이 있고, 팁(31)의 마모 또한 줄일 수 있다.
본 발명에 의한 정보 저장 장치의 프로브는 일반적인 프로브의 구조와 유사하다. 즉, 프로브는 캔틸레버(32) 및 팁(31)으로 구성되어 있으며, 상기 캔틸레버(32)는 상기 팁(31)으로 전류를 가하여 정보의 기록 및 재생 공정을 수행하기 위한 2 라인의 전극이 형성되어 있다.
도 4a, 4b 및 도 5a, 5b를 참고하여 캔틸레버 및 프로브의 구조에 대해 설명하면, 켄틸레버는 도 4b와 같이 한 평판에 두 라인의 통전이 가능한 배선을 형성시킨 구조가 될 수 있고, 또한 도 5b와 같이 캔틸레버 자체를 팁에 전류를 인가하거나 신호를 읽어들이는 배선으로 사용하는 구조를 가질 수 있다. 따라서 팁에 전류를 인가하거나, 상기 팁과 저장 매체 사이의 전류값의 변화를 읽어내는 구조라면 어느 형태라도 사용될 수 있다. 캔틸레버(42, 52)는 SiN 또는 low stress 절연물질로 형성되는 것이 바람직하며, 프루브의 말단부에는 팁(41, 51)이 원추형으로 상기 절연층(33)과 수직 방향으로 형성되어 있는데, 싱기 팁(41, 51)은 실리콘 또는 low doped 실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 팁(41, 51)은 상기 캔틸레버(42, 52)를 통해서 열을 가하기 위한 금속 전극이 2라인으로 연결되어 있어서 정보를 기록시 전류를 가하여 팁(41, 51)을 발열시키고, 정보를 읽는 과정에서는 상기 팁(41, 51)과 상기 정보 저장 매체 사이의 출력 전압 값의 변화를 얻을 수 있게 된다. 또한, 상기 팁(41, 51)은 정보를 재생할 때, 전류값을 읽어내기 위한 금속막(44, 53)을 입히는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 의한 프로브의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 상기 도 4 및 도 5에 나타난 프로브가 정보의 기록 및 재생을 위한, 히팅용 배선 및 접촉 저항 측정용 배선이 따로 만들어져 있는 것과는 달리, 도 6에 나타난 프로브의 경우는 이러한 2가지 기능을 동시에 가능하도록 이루어져 있다.
제 1 접촉 패드(62)와 제 2 접촉 패드(63)가 캔틸레버의 통전 라인에 연결괴어 있으며, 상기 제 1 접촉 패드(62)에 연결된 라인이 프로브의 팁(61)과 컨택이되도록 구성되어 있으며, 제 2 접촉 패드(63)에 연결된 라인의 경우에는 프로브의 팁(61)과 컨택이 되지 않도록 형성시킨다.
이 경우 정보의 기록 및 재생 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 정보의 기록시에는 제 1 접촉 패드(62)를 통해 전류를 인가하게 되면 팁 근처의 고 저항 영역(63)에서 열이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 열에 의해 기판 상부의 폴리머를 녹여 정보 단위인 비트를 기록하게 된다. 그리고, 정보의 재생을 하는 경우에는, 제 1 접촉 패드(62)만을 사용하여 상기 폴리머와 상기 팁 사이의 접촉 저항의 변화를 측정하게 되는 것이다. 따라서, 상기 도 4 및 도 5의 경우처럼 정보의 기록 및 재생시 각각의 라인을 따로 분리할 필요가 없는 것이다.
이하, 도면을 참고하면서 본 발명에 의한 실험예를 설명한다.
도 7a 내지 도 8은 본 밟명에 의한 정보 저장 장치에 의해 정보 저장 매체에 정보를 기록 및 재생한 결과를 나타낸 사진 및 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 정보 저장 메커니즘에 의해 통상적인 프로브를 사용하여 정보 비트를 기록한 정보 저장 매체를 AFM으로 찍은 사진 및 그래프를 나타낸 것이다. 상기 AFM 사진은 절연층에 홀을 형성시킨 형상을 나타낸 것으로서 이러한 홀의 크기, 즉 정보 비트의 크기는 프로브의 팁의 크기에 의존하는 것이다. 그래프에서는 상기 AFM 사진에서 A-A' 선을 잘라 절연층의 상대적인 높이를 나타내었다. 그래프에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 절연층의 소정의 위치에 홀이 형성되어 있다.
도 7a 및 도 7b의 정보 저장 매체를 본 발명에 의한 정보 재생 메커니즘에의해 나타낸 것이 도 8과 같다. 여기서는 인가 전압을 3V를 가한 것으로서, 프로브가 홀 내에서 도전층과 접촉을 한 경우, 3V의 출력 전압이 검출된 것을 확인할 수 있다. 즉, 별도의 증폭회로를 구성함이 없이 인가 전압과 같은 출력전압을 얻을 수 있어 정밀한 정보 재생이 가능한 것이다. 이러한 결과는 본 발명에 의한 정보 기록 및 재생 매커니즘에 따른 경우에는 일반적으로 판매되는 프로브를 사용한 경우에도 이와 유사한 결과를 나타내었다.
도 9a는 본 발명에 의한 정보 저장 장치의 재기록 테스트(rewritable test) 결과를 나타낸 그래프이다. 도 9b는 도 9a의 A 영역을 확대한 도면이며, 도 9c는 도 9a의 B영역을 확대한 도면이다. 여기서, X 축은 프로브에 인가한 전압을 나타내고, 왼쪽 Y축은 폴리머의 깊이를 나타내며, 오른쪽 Y축은 히팅으로 인해 생성된 피트의 크기를 나타낸다. 도 9a에서 보듯이, 피트 크기의 경우 프로브에 의한 히팅이 계속됨에 따라 비례하여 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, 폴리머의 깊이는 구간 A 까지는 깊어졌다가 구간 B에서 매워지며, 프로브에 의해 과도한 열이 가해지게 되면(즉, 구간 B를 지나게되면)다시 깊어진다. 이러한 결과로 판단하면, 일단 각각의 정보, 즉 피트를 형성시킨 뒤, 다시 그 피트에 프로브를 접촉시켜, 구간 B의 전압을 인가하면 다시 매울 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 정보단위인 비트의 제거가 가능하다는 것이다. 이렇한 정보의 삭제 및 재기록은 미디어로 사용하는 물질간의 표면 에너지(surface energy), 밀착성, 재료의 선택에 따라 최적화(optimizing)가 가능하다.
본 발명과 종래기술인 도 1 및 도 2의 발명과 비교하여 주로 3가지 큰 문제점에 대해 설명을 하면 다음과 같다.
먼저, 정보 비트의 크기에 대해 살펴보면, 종래 기술에 있어서 절연층 즉, 폴리머는 정보 비트로서의 작용을 하지만, 본 발명에서는 단지 프로브 팁과 메탈 혹은 반도체 사이의 쇼트를 방지하기 위한 패시베이션 역할을 하게 된다. 따라서, 폴리머층의 두께를 40nm 이하로 더욱 더 얇게 할 수 있으며, 그에 따라 상기 도전층의 표면을 연통시키는 홀의 크기를 더 작게 만들수 있다. 이는 정보 비트의 크기를 작게 만들 수 있는 결과를 가져오게 되어 정보 밀도를 향상시킬 수 있다.
다음으로 reading speed 즉, 정보 재생 속도에 대해 살펴 보면 종래 기술의 경우에는 온도 변화를 감지하는 방식인데 반해 본 발명의 경우에는 상기 프로브의 팁과 상기 절연층 및 도전층의 접촉에 의한 출력 전압 값의 변화, 즉, 전기적 신호를 감지함으로써 읽기 속도는 단순히 프로브의 고유진동수만의 영향을 받게 된다.
마지막으로 신호대 잡음비(Signal to noise ratio : S/N ratio)에 대해 살펴보면, 본 발명의 경우에는 단순히 외부저항과 접촉저항의 비로 출력전압이 검출됨으로써 특별한 회로의 추가가 없어도 큰 출력 값을 얻을 수 있으어서 종래 기술에 비해 월등히 큰 신호대 잡음비를 얻을 수 있어서 종래 기술의 문제점이었던 온도 분포로 인한 상의 흐림등의 문제는 나타나지 않는다.
본 발명에 의하여 기존의 SPM 기술을 이용한 정보 저장 매체의 개발에 있어 문제가 되어 왔던 정보 유지문제(retention problem), 초상자성 한계 (superparamagnetic limit), 신호대 잡음비(S/N ratio) 등의 문제들을 해결할 수있다. 따라서, SPM 기술을 이용한 초소형 정보 저장 장치에 있어서 신뢰성을 급격히 향상시킬 수 있으며, 또한 이러한 저장 장치의 측정회로를 간단히 할 수 있으므로 제작 단가면에 있어서도 큰 효과를 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 정보가 저장되는 저장 매체;
    상기 저장 매체에 정보를 기록하거나 재생하도록 상기 저장 매체와 대향되게 설치된 프로브;를 구비하는 정보 저장 장치에 있어서,
    상기 저장 매체는 실리콘 기판;
    상기 실리콘 기판 상부에 형성된 전도층; 및 상기 전도층 상부에 형성된 전기적 절연층;을 구비하며,
    상기 절연층의 소정 부위에 홈이 형성되고 상기 홈의 바닥에는 상기 전도층의 표면이 노출되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 유기물질, 폴리머, 왁스 또는 액정을 포함하며, 상기 전도층은 금속 또는 반도체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 프로브는 캔틸레버 및 상기 캔틸레버에 고정된 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 Si, SiN 또는 절연체를 포함하며, 상기 팁은 실리콘으로 형성되며, 상기 실리콘 표면에는 금속층이 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 저장 매체로부터 소정 거리상에 떨어져 위치되거나, 접촉 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 캔틸레버의 각 통전라인과 연결된 제 1 접촉 패드 및 제 2 접촉 패드를 포함하며, 상기 제 1 접촉패드는 상기 프로브의 팁과 연결된 라인은 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되며,상기 제 2 접촉 패드는 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되지 않는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  8. 실리콘 기판;
    상기 실리콘 기판 상부에 형성된 전도층;
    상기 통전층 상부에 형성된 절연층을 포함하는 저장 매체 및
    상기 저장 매체를 기록하거나 재생하도록 상기 저장 매체와 대향되게 설치된 프로브;를 구비하는 정보 저장 장치에 정보를 저장하는 방법에 있어서,
    상기 절연층의 소정 부위에 상기 전도층의 표면이 노출되는 홀을 형성시켜 정보를 기록하는 단계; 및
    상기 프로브가 상기 저장 매체 표면을 스캔할 때 상기 프로브와 상기 저장 매체 사이의 접촉에 따른 출력 전압값의 변화에 따라 정보를 재생하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 프로브는 캔틸레버 및 상기 캔틸레버에 고정된 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 홀은 상기 프로브에 전류를 인가하여 상기 팁을 가열하여 상기 절연층을 녹임으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 출력전압 값의 변화는 상기 팁이 상기 절연층 상부를 스케닝하는 도중 상기 홀 부분에서 상기 전도층 표면과 접촉에 의한 쇼트의 발생되어 상기 전도층 및 상기 팁이 상호 폐회로를 이루어 통전되어 이를 상기 회로에 포함된 전압계로 읽어냄으로써 측정하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  12. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도층은 금속 또는 반도체 물질을 포함하며, 상기 캔틸레버는 Si, SiN 또는 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법. .
  13. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팁은 실리콘으로 이루어져 있으며, 상기 실리콘 표면에는 금속층이 증착된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법. .
  14. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 상기 저장 매체로부터 소정 거리상에 떨어져 위치되거나, 접촉 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  15. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 캔틸레버의 각 통전라인과 연결된 제 1 접촉 패드 및 제 2 접촉 패드를 포함하며, 상기 제 1 접촉패드는 상기 프로브의 팁과 연결된 라인은 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되며,상기 제 2 접촉 패드는 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되지 않는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  16. 실리콘 기판;
    상기 실리콘 기판 상부에 형성된 전도층을 포함하는 저장 매체 및
    상기 저장 매체를 기록하거나 재생하도록 상기 저장 매체와 대향되게 설치된 프로브;를 구비하는 정보 저장 장치에 정보를 저장하는 방법에 있어서,
    상기 절연층의 소정 부위에 상기 전도층의 표면이 노출되는 홀을 형성시켜 정보를 기록하는 단계; 및
    상기 프로브가 상기 저장 매체 표면을 스캔할 때 상기 프로브와 상기 저장 매체 사이의 접촉에 따른 출력 전압값의 변화에 따라 정보를 재생하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 프로브는 캔틸레버 및 상기 캔틸레버에 고정된 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 홀은 상기 프로브에 전류를 인가하여 상기 팁을 가열하여 상기 전도층을 녹임으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 출력전압 값의 변화는 상기 팁이 상기 전도층 상부를 스케닝하면서 상기 전도층 및 상기 팁의 상호 접촉에 의해 상기 전도층 및 상기 팁이 상호 폐회로를 이루어 통전된 상태에서, 홀부위에서 상기 출력전압 값이 0이 되어 이를 상기 회로에 포함된 전압계로 읽어냄으로써 측정하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법. 출력전압 값의 변화에 의한 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  20. 제 16항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도층은 전도성 폴리머로 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
  21. 제 16항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 캔틸레버의 각 통전라인과 연결된 제 1 접촉 패드 및 제 2 접촉 패드를 포함하며, 상기 제 1 접촉패드는 상기 프로브의 팁과 연결된 라인은 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되며,상기 제 2 접촉 패드는 상기 프로브의 팁과 컨텍이 되지 않는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 정보 기록 및 재생 방법.
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