KR100438802B1

KR100438802B1 - 양자디스크및그제조방법

Info

Publication number: KR100438802B1
Application number: KR1019960066936A
Authority: KR
Inventors: 이조원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2004-08-31
Also published as: KR19980048366A; US6180202B1

Abstract

본 발명은 50 Gbit(기가 비트) 이상의 대용량의 정보를 저장할 수 있는 양자 디스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 값싸게 대량생산이 가능한 초고용량 정보저장장치에 사용될수있는 디스크를 제조하는데 있어, E-beam에 의한 lithography 공정을 거치지 않고 삼차원적으로 아일런드 성장된 nm 단위(scale)의 미립자(particle)를 종자층(seed layer)으로 사용하고, 그 위에 Cr층과 자성층을 형성한다는데 특징이 있다. 이와 같이 제조된 양자 디스크는 단일 자구(single domain) 즉 bit 의 크기를 증착 조건에 따라 조절할 수 있으므로 원하는대로 정보 저장 용량을 조절할 수 있다. 또한, 이렇게 제조된 자구(domain)들은 상호간의 결합(coupling)이 없어 S/N 비가 큰 것이 장점이다.

Description

양자 디스크 및 그 제조 방법{A quantum disk and a method for fabricating the same}

본 발명은 대용량의 정보를 기록할 수 있는 디스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 50 Gbit(기가 비트) 이상의 정보를 저장할 수 있는 양자 디스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 디스크의 발췌 확대 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 디스크는 기판(1) 상에 Cr층(2) 및 자성층(3)이 순차로 적층된 구조로 되어 있다. 이러한 유사 구조의 디스크를 사용하고 있는 하드 디스크 드라이브(HDD; hard disk drive)를 포함하는 정보 저장 장치 들의 개발 추세를 보면, 20 세기 말에는 10 Gbit 용량의 정보 저장 장치의 개발이 예상되며, 21 세기중반 에는 Tbit(테라 비트)급 이상의 저장 용량이 필요하게 될 것이라는 것이 지난 30년간의 저장용량 증가추세로서 추측이 가능하다. 50 Gbit 이상의 초고용량 디스크는 bit 의 크기가 nm 단위(scale) 이기 때문에 종래의 디스크 구조와는 다른 구조가 요청되며, 따라서 종래의 제조법과 다른 새로운 제조법이 요구된다. 지금까지 시도된 새로운 방법으로는 전자빔 사진 식각 공정(E-beam lithography) 후 전기도금(electroplating) 혹은 리액티브 이온 에칭(RIE; reactive ion etching)을 통한 직경 35nm 의 기둥(pillar) 형태를 제조하여 이것을 단일 자구(single domain) 즉 1 bit 로 이용하는 방법이 제시되었다(J.Vac.Sci.Tech, B12,p3639,1994).

그러나 이 방법은 현재의 기술 수준으로 보아 대량 생산이 불가능하며 특히 전자빔 사진식각술(E-beam lithography) 의 처리량(throughput)이 낮아 결국 디스크 제조상 생산성이 낮게된다. 따라서 대량 생산이 가능하고 처리량(throughput)을 크게 할 수 있는 새로운 제조법의 고안이 필요하다. Ⅲ-Ⅴ 족의 반도체를 포함한 Si 혹은 기타 기판들 위에 self assembling(self organizing, 3D island grdwth, stranski-krastanow growth)에 의한 양자 도트(quantum dot)를 제조하는 방법들이 현재까지 제시되었다(J.Vac.Sci.Tech,B14.p2195,1996).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 제조 공정의 고속처리가 가능하여 대량 생산이 가능한 고밀도 양자 디스크 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 디스크의 발췌 확대 단면도,

도 2는 본 발명에 양자 디스크의 발췌 확대 단면도,

도 3 내지 도 5는 도 2의 양자 디스크 제조 단계별 공정후의 발췌 확대 단면도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1. 기판 2. Cr 층

3. 자성층

11. 기판 12. 종자(seed)층

13. Cr 층 14. 자성층

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 양자 디스크는, 기판; 상기 기판 상에 적층된 셀프 어셈블링 성장법에 의해 소정의 직경의 아일런드로 형성되며, InAs, SiGe를 포함하는 종자층; 상기 종자층 상에 소정의 두께의 아일런드로 형성된 Cr층; 및 상기 Cr층 상에 소정 직경의 아일런드로 형성된 자성층;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 기판은 GaAs, Si, 유리, 석영, Al 합금 중 적어도 어느한 종으로 이루어지며, 상기 종자층의 아일런드의 직경은 100 nm 이하이며, 상기 Cr층의 두께는 100 nm 이하이며, 상기 자성층은 X 및 Y를 천이 금속이라 할 때 Co-X-Y 혹은 Sm-Co를 포함하는 희토류 계통의 강자성체 물질들이 포함되되 상기 자성층의 아일런드 직경은 100 nm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 양자 디스크의 제조 방법은, (가) 기판 상에 셀프 어셈블링 성장법으로 소정 직경의 아일런드로 형성되며, InAs, SiGe를 포함하는 종자층을 형성하는 단계; (나) 상기 종자층 상에 소정 두께의 아일런드 형태의 Cr층을 형성하는 단계; 및 (다) 상기 Cr층 상에 소정 직경의 아일런드로 성장되 자성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 기판은 GaAs, Si, 유리, 석영, Al 합금 중 적어도 어느한 종으로 이루어지며, 상기 종자층은 MBE법 혹은 MOCVD법으로 증착되어 형성되되 상기 종자층의 아일런드의 직경은 100 nm 이하로 형성하며, 상기 (나) 단계에서 상기 Cr층의 두께는 100 nm 이하로 형성하며, 상기 (다) 단계에서 상기 자성층은 X 및 Y를 천이 금속이라 할 때 Co-X-Y 혹은 Sm-Co를 포함하는 희토류 계통의 강자성체 물질들이 포함되도록 형성하되, 상기 자성층의 아일런드 직경은 100 nm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 양자 디스크 및 그 제조 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명에 양자 디스크의 발췌 확대 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 양자 디스크는 기판(11), 종자층(12), Cr층(13) 및 자성층(14)이 순차로 적층된 구조로 되어 있다.

여기서, 기판(11)으로는 Si, GaAs 등의 Ⅲ-Ⅴ 족의 반도체 기판 혹은 유리, 석영, Al 합금 등의 종으로 이루어진 기판이 사용된다. 종자층(12)으로는 InAs, SiGe를 포함한 3차원적으로 아일런드 성장이 가능한 재료들이 사용되며, 종자층(12) 아일런드의 직경은 100 nm 이하로 형성된다. Cr층(13)의 두께는 100 nm 이하로 형성된다. 그리고 자성층(14)으로는 Co-X-Y(X 및 Y는 천이금속) 혹은 Sm-Co를 포함하는 희토류 계통의 강자성체 물질들을 포함하는 재료들이 사용되며, 자성층(14)의 아일런드 직경은 100 nm 이하로 형성된다.

이러한 구조의 양자 디스크의 제조 방법을 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, GaAs, Si 등의 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판(1) 혹은 유리(Glass), 석영(Quartz), Al 합금 등으로 이루어진 기판(1) 위에 셀프 어셈블링(self assembling; self organizing, 3D island grdwth, stranski-krastanow growth)법에 의한 양자 도트(quantum dot)를 제조하는 방법(J.Vac.Sci.Tech,B14.p2195,1996 참조)들을 이용하여 nm 단위(scale) 의 양자 도트(quantum dot(particle)) 즉 아일런드(island)로 이루어진 종자(seed)층(12)을 형성한다((가) 단계). 여기서, 종자층(12)은 InAs, SiGe를 포함한 3차원적으로 아일런드 성장이 가능한 재료들을 MBE법 혹은 MOCVD법으로 증착하여 형성하며, 종자층(12)의 아일런드의 직경은 100 nm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.

다음에, 도 4에 도시된 바와 같이, 종자층(12) 상에 두께 100nm 이하의 Cr층(13)을 형성한다((나) 단계).

다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, Cr층(13) 상에 직경 100nm 이하의 아일런드가 성장된 자성층(14)을 형성하여 디스크를 완성한다((다) 단계). 여기서, 자성층(14)은 Co-X-Y(X 및 Y는 천이 금속) 혹은 Sm-Co를 포함하는 희토류 계통의 강자성체 물질들을 포함하는 재료로 형성한다.

이와 같이, 본 발명의 양자 디스크 제조 방법에 따르면, 양자 디스크를 nm 단위(scale)의 양자 도트(quantum dot(particle))를 종자층(12)으로하여, 그 위에 Cr층(13) 및 자성층(13)의 증착을 거쳐 1 bit 에 해당하는 단일 자구(singledomain)를 전자빔 리소그래피(E-beam lithography)와 후속 공정 처리없이 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 초고용량의 양자 디스크를 고속처리(high throughput)로 대량 생산할 수 있다. 더욱이, self assembling growth(self organizing growth, 3D island growth, stranki-krastanow growth)법에 의한 종자층(seed layer)을 사용함으로써, 50 Gbit 이상의 초고용량 양자 디스크를 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 디스크는 후처리를 거친후 HDD 용 디스크, VOD 용 디스크 등 대용량의 정보 저장이 요청되는 곳에서 사용된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 값싸게 대량생산이 가능한 초고용량 정보저장장치에 사용될수있는 디스크를 제조하는데 있어, E-beam에 의한 lithography 공정을 거치지 않고 삼차원적으로 아일런드 성장된 nm 단위(scale)의 미립자(particle)를 종자층(seed layer)으로 사용하고, 그 위에 Cr층과 자성층을 형성한다는데 특징이 있다. 이와 같이 제조된 양자 디스크는 단일 자구(single domain) 즉 bit 의 크기를 증착 조건에 따라 조절할 수 있으므로 원하는대로 정보 저장 용량을 조절할 수 있다. 또한, 이렇게 제조된 자구(domain)들은 상호간의 결합(coupling)이 없어 S/N 비가 큰 것이 장점이다. 따라서 이렇게 제조된 양자 디스크는 수평 및 수직 자기기록용 디스크로 사용된다.

Claims

기판;

상기 기판 상에 적층된 셀프 어셈블링 성장법에 의해 소정의 직경의 아일런드로 형성되며, InAs, SiGe를 포함하는 종자층;

상기 종자층 상에 소정의 두께의 아일런드로 형성된 Cr층; 및

상기 Cr층 상에 소정 직경의 아일런드로 형성된 자성층;을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 양자 디스크.
제1항에 있어서,

상기 기판은 GaAs, Si, 유리, 석영, Al 합금 중 적어도 어느 한 종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 양자 디스크.
제1항에 있어서,

상기 종자층에서 상기 아일런드의 직경은 100 nm 이하인 것을 특징으로 하는 양자 디스크.
제1항에 있어서,

상기 Cr층의 두께는 100 nm 이하인 것을 특징으로 하는 양자 디스크.
제1항에 있어서,

상기 자성층은 X 및 Y를 천이 금속이라 할 때 Co-X-Y 혹은 Sm-Co를 포함하는 희토류 계통의 강자성체 물질들이 포함된 것을 특징으로 하는 양자 디스크.
제1항에 있어서,

상기 자성층에서 상기 아일런드 직경은 100 nm 이하인 것을 특징으로 하는 양자 디스크.
(가) 기판 상에 셀프 어셈블링 성장법으로 소정 직경의 아일런드로 형성되며, InAs, SiGe를 포함하는 종자층을 형성하는 단계;

(나) 상기 종자층 상에 소정 두께의 아일런드 형태의 Cr층을 형성하는 단계; 및

(다) 상기 Cr층 상에 소정 직경의 아일런드로 성장된 자성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 디스크의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 기판은 GaAs, Si, 유리, 석영, Al 합금 중 적어도 어느 한 종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 양자 디스크의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 종자층은 MBE법 혹은 MOCVD법으로 증착되어 형성된 것을 특징으로 하는 양자 디스크의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 (가) 단계에서 상기 종자층의 아일런드의 직경은 100 nm 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자 디스크의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 (나) 단계에서 상기 Cr층의 두께는 100 nm 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자 디스크의 제조 방법.
제7항에있어서,

상기 (다) 단계에서 상기 자성층은 X 및 Y를 천이 금속이라 할 때 Co-X-Y 혹은 Sm-Co를 포함하는 희토류 계통의 강자성체 물질들이 포함되도록형성하는 것을 특징으로 하는 양자 디스크의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 (다) 단계에서 상기 자성층의 아일런드 직경은 100 nm 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자 디스크의 제조 방법.