KR100517736B1 - SPM nano data storage device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SPM 나노 정보 저장 장치에 관한 것으로, 각각 선단에 팁이 형성되고 부상된 복수개의 캔틸레버가 어레이되어 있는 헤더와; 기판과, 상기 기판 상부에 상호 이격되어 형성된 전극들과, 상기 전극들 사이에 개재된 절연물질과, 상기 전극들과 절연물질 상부에는 형성된 상변이(Phase change) 물질막으로 이루어지며, 상기 캔틸레버가 접촉되는 미디어와; 상기 미디어를 이동시키는 스캐너와; 상기 미디어의 전극에 전압을 인가하여 정보 기록 및 재생하는 전원부로 구성된다.The present invention relates to an SPM nano-information storage device, comprising: a header having a plurality of cantilevers in which a tip is formed at each front end and a floating cantilever; A substrate, electrodes formed spaced apart from each other on the substrate, an insulating material interposed between the electrodes, a phase change material film formed on the electrodes and the insulating material, and the cantilever Contacted media; A scanner for moving the media; And a power supply unit that applies voltage to the electrodes of the media to record and reproduce information.
따라서, 본 발명은 미디어를 통해 신호를 전달하도록 구성함으로써, 헤더의 복잡한 설계를 피할 수 있고, 아울러 다양한 장치를 구현할 수 있는 효과가 발생한다. Therefore, the present invention is configured to transmit a signal through the media, thereby avoiding the complicated design of the header, and also has the effect of implementing a variety of devices.
Description
본 발명은 전기신호를 인가하여 전기전도도 및 물질 특성을 변화시킬 수 있는 물질을 미디어(기록 매체)로 하는 SPM(Scanning Probe Microscopy) 나노 정보 저장장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미디어를 통해 신호를 전달하도록 구성함으로써, 헤더의 복잡한 설계를 피할 수 있고, 아울러 다양한 장치를 구현할 수 있는 SPM 나노 정보 저장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a scanning probe microscopy (SPM) nanoinformation storage device using a material capable of changing electrical conductivity and material properties by applying an electrical signal as a medium (recording medium). By configuring the transmission, it is possible to avoid the complicated design of the header, and also to the SPM nano information storage device that can implement a variety of devices.
일반적으로, 원자현미경(AFM)은 캔틸레버라 불리는 미소한 막대 끝의 탐침(Probe)을 이용하여 표면형상 등을 측정하는 장치이다.In general, an atomic force microscope (AFM) is a device for measuring the surface shape, etc. using a probe of a small rod tip called a cantilever.
AFM은 마이크로머시닝으로 제조된 캔틸레버(Cantilever)라고 불리는 작은 막대를 사용한다. AFM uses a small rod called Cantilever manufactured by micromachining.
이 캔틸레버는 미세한 힘에 의해서도 아래위로 쉽게 휘어지도록 만들어졌고, 끝 부분에는 원자 몇 개 정도의 크기로 뾰족한 바늘이 달려 있다. The cantilever is designed to bend up and down easily, even by microscopic forces, and at the tip is a pointed needle about the size of a few atoms.
이 탐침을 시료 표면에 접근시키면, 탐침 끝의 원자와 시료표면의 원자 사이에 서로의 간격에 따라 끌어당기거나(인력) 밀치는 힘(척력)이 작용하며 이 힘을 감지하는 장치이다. When the probe approaches the surface of the sample, a force (pulling force) or a pushing force (repulsive force) acts at the gap between the atoms at the tip of the probe and the atoms at the surface of the sample and detects this force.
이 AFM의 원리는 현재 나노-노광 장치(Nano-lithography) 및 데이터 저장장치(Data storage system)등에도 적용되고 있다. The principle of this AFM is also applied to nano-lithography and data storage systems.
AFM의 동작모드 중, 컨택 모드(Contact mode)의 경우, AFM에서는 척력을 사용하는데 그 힘의 크기는 1-10nN 정도로 아주 미세하지만, 캔틸레버 역시 아주 민감하므로 그 힘에 의해 휘어지게 된다. In the AFM operation mode, in the contact mode, the AFM uses repulsive force. The magnitude of the force is very small, such as 1-10 nN, but the cantilever is also very sensitive and is bent by the force.
이 캔틸레버가 아래위로 휘는 것을 측정하기 위하여 레이저 광선을 캔틸레버에 비추고 캔틸레버 윗면에서 반사된 광선의 각도를 포토다이오드(Photo diode)를 사용하여 측정한다. In order to measure the bending of the cantilever up and down, a laser beam is projected on the cantilever and the angle of the light reflected from the upper surface of the cantilever is measured using a photo diode.
그러나, 레이저와 포토다이오드를 이용한 감지 장치는 복잡하고 정교한 장치를 필요로 하기 때문에, 캔틸레버에 압저항(Piezoresistive) 센서를 집적하여 감지하는 장치를 사용하는 방법이 제안되었다. However, since a sensing device using a laser and a photodiode requires a complicated and sophisticated device, a method of integrating and detecting a piezoresistive sensor on a cantilever has been proposed.
이러한 압저항 센서를 내장한 캔틸레버 기술은 포토다이오드 보다 제작이 용이하고 간단하여 캔틸레버를 이용한 데이터 저장장치의 가능성을 열어 놓았다. Cantilever technology, which incorporates such piezoresistive sensors, is easier and simpler to manufacture than photodiodes, thus opening up the possibility of data storage using cantilevers.
대표적인 AFM 데이터 저장장치는 IBM에서 발표한 바 있는 밀리피드(Millipede)가 있다. A typical AFM data storage device is Millipede, announced by IBM.
이 밀리피드에서 '쓰기'동작은 AFM 팁에 내장되어 있는 저항성 히터를 이용하여 히터에서 발생한 열로 PMMA로 구성된 미디어에 오목하게 구멍(Indentation)을 내어 수행한다. In this millifeed, the 'write' operation is performed by using a resistive heater embedded in the AFM tip to concave the indentation in the PMMA media with the heat generated by the heater.
이렇게 쓰여진 데이터는 캔틸레버의 팁으로 미디어를 스캔하면서 캔틸레버가 휘는 정도를 압저항체(Piezoresister)를 통해 감지하여 '읽기' 동작을 수행한다. The written data is scanned by media with the tip of the cantilever and detects how much the cantilever is bent through a piezoresister to perform a 'read' operation.
한편, SPM(Scanning Probe Microscopy) 나노 정보저장장치(Data Storage)에서 정보를 센싱하여 읽기 동작을 수행하고, 쓰기 동작을 수행하는 캔틸레버 어레이를 SPM 나노정보저장장치 헤더(이하, 캔틸레버 헤더(header))라고 한다. On the other hand, the SPM nano information storage header (hereinafter, cantilever header) is a cantilever array that senses information in a scanning probe microscopy (SPM) nano data storage and performs a read operation and performs a write operation. It is called.
이와 같은 캔틸레버 헤더로 읽기/쓰기 동작을 수행하기 위해 종례 기술로 가능한 방법은 DRAM과 유사한 방법으로 읽기/쓰기 동작을 수행하는 것인데, 병렬로 연결된 캔틸레버 어레이에서 몇 개 혹은 모든 캔틸레버를 선택하여 정보를 동시에 쓰기 또는 읽기를 한 다음, 이 정보를 입력 또는 출력단을 통해 출력한 후, 다음 정보 위치로 캔틸레버 헤더를 이동하는 방법이 있을 수 있다. An example of a possible technique for performing read / write operations with such a cantilever header is to perform read / write operations in a manner similar to DRAM, in which several or all cantilevers are selected from parallel cantilever arrays to simultaneously display information. After writing or reading, this information may be output through the input or output terminal, and then the cantilever header may be moved to the next information position.
이 경우, 캔틸레버 헤더에 너무 많은 장치를 설계해야 하므로, 설계시 제어 회로 및 캔틸레버 설계 마진이 줄어들고, 전력 소모 및 파워 라인 노이즈(Power line noise) 등, 피할 수 없는 문제들이 많이 발생한다. In this case, because too many devices must be designed in the cantilever header, the design circuit and the cantilever design margin are reduced in design, and there are many unavoidable problems such as power consumption and power line noise.
반면에, 미디어 쪽에는 매우 넓은 면적이 있으나 그것을 효율적으로 이용되지 않고 있다. On the other hand, there is a very large area on the media side but it is not used efficiently.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 미디어를 통해 신호를 전달하도록 구성함으로써, 헤더의 복잡한 설계를 피할 수 있고, 아울러 다양한 장치를 구현할 수 있는 SPM 나노 정보 저장 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and is configured to transmit signals through the media, thereby avoiding complicated design of the header, and providing an SPM nano information storage device capable of implementing various devices. Its purpose is to.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 각각 선단에 팁이 형성되고 부상된 복수개의 캔틸레버가 어레이되어 있는 헤더와; A preferred aspect for achieving the above object of the present invention comprises a header having a plurality of cantilevers, each of which has a tip formed at its tip and which is floated;
기판과, 상기 기판 상부에 상호 이격되어 형성된 전극들과, 상기 전극들 사이에 개재된 절연물질과, 상기 전극들과 절연물질 상부에는 형성된 상변이(Phase change) 물질막으로 이루어지며, 상기 캔틸레버가 접촉되는 미디어와; A substrate, electrodes formed spaced apart from each other on the substrate, an insulating material interposed between the electrodes, a phase change material film formed on the electrodes and the insulating material, and the cantilever Contacted media;
상기 미디어를 이동시키는 스캐너와;A scanner for moving the media;
상기 미디어의 전극에 전압을 인가하여 정보 기록 및 재생하는 전원부로 구성된 SPM 나노 정보 저장 장치가 제공된다.Provided is an SPM nano information storage device comprising a power supply unit that applies voltage to an electrode of the media to record and reproduce information.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 SPM(Scanning Probe Microscopy) 나노 정보 저장장치의 개략적인 사시도로서, 각각 선단에 팁이 형성되고 부상된 복수개의 캔틸레버가 어레이되어 있는 헤더(100)와, 정보를 저장하는 미디어(200)와, 상기 미디어(200)를 이동시키는 스캐너(300)로 구성되어 있다.1 is a schematic perspective view of a scanning probe microscopy (SPM) nano-information storage device according to the present invention, a header 100 having a tip formed at its tip and a plurality of injured cantilevers arranged thereon, and a medium for storing information. And a scanner 300 for moving the media 200.
그리고, 본 발명에 따른 나노 정보 저장장치 헤더(100)는 n X m 개의 캔틸레버 어레이(110)를 포함하고 있다. In addition, the nano information storage header 100 according to the present invention includes n x m cantilever arrays 110.
본 발명의 SPM 나노 저장장치에 적용된 미디어(200)는 전기신호를 인가하여 전기전도도 및 물질 특성을 변화시킬 수 있는 물질로 형성된다.The media 200 applied to the SPM nano-storage device of the present invention is formed of a material that can change electrical conductivity and material properties by applying an electrical signal.
이하, 본 발명에 따른 장치의 이해를 돕기 위해, SPM 나노 정보 저장장치의 미디어를 상변이(Phase change) 물질을 이용하는 경우로 한정하여 설명한다.Hereinafter, the media of the SPM nano information storage device will be limited to the case of using a phase change material in order to help the understanding of the device according to the present invention.
이런, 상변이 물질의 경우 일정한 열을 가해서 냉각시키는 방법에 따라 결정(Crystal)이 되기도 하고 비결정(Amorphous)이 되기도 한다. In the case of such a phase change material, it may be crystal or amorphous depending on a method of cooling by applying a constant heat.
그리고, 결정상태에 따라 저항이 달라지는 특징이 있다.In addition, the resistance varies depending on the crystal state.
도 2는 본 발명에 따른 SPM 나노 정보 저장장치에 있는 미디어의 단면도로서, 미디어(200)는 기판(210)과, 상기 기판(210) 상부에 상호 이격되어 형성된 전극들(211a,211b)과; 상기 전극들(211a,211b) 사이에 개재된 절연물질(250)과; 상기 전극들(211a,211b)과 절연물질 상부에는 형성된 상변이 물질막(220)으로 구성된다.2 is a cross-sectional view of a media in the SPM nano information storage device according to the present invention, wherein the media 200 includes a substrate 210 and electrodes 211a and 211b spaced apart from each other on the substrate 210; An insulating material 250 interposed between the electrodes 211a and 211b; A phase change material film 220 is formed on the electrodes 211a and 211b and the insulating material.
이렇게 구성된 본 발명의 SPM 나노 정보 저장장치에 있는 미디어는 절연물질(250)로 상호 절연된 전극들을 고용하여, 이 전극들 각각이 정보를 기록 및 재생할 수 있는 하나의 섹터(Sector)가 된다.The media in the SPM nano information storage device of the present invention configured as described above employs electrodes insulated from each other with an insulating material 250, so that each of these electrodes becomes a sector in which information can be recorded and reproduced.
이 전극들의 개수만큼 본 발명의 SPM 나노 정보 저장장치의 헤더에는 캔틸레버가 형성되어 있다.Cantilevers are formed in the header of the SPM nano information storage device of the present invention by the number of the electrodes.
다시 말해서, 상기 미디어(200)는 캔틸레버 개수(n x m) 만큼 섹터(Sector)로 나누어져 있다. In other words, the media 200 is divided into sectors by the number n x m of cantilevers.
도 3은 본 발명에 따른 SPM 나노 정보 저장장치의 미디어에 있는 전극 패턴의 형상한 도시한 도면으로서, 미디어의 기판에는 상호 이격되어 형성된 복수개의 전극(211)들과, 상기 복수개의 전극(211)들 각각과 독립적으로 연결된 신호전달라인(231)이 형성되어 있다.3 is a view showing the shape of the electrode pattern in the media of the SPM nano information storage device according to the present invention, a plurality of electrodes 211 formed spaced apart from each other on the substrate of the media, the plurality of electrodes 211 Signal transmission lines 231 connected to each of them are formed.
도 4는 본 발명에 따른 SPM 나노 정보 저장장치의 구동 상태를 도시한 도면으로서, 캔틸레버(100)는 선단에 형성된 팁(115)이 형성되어 있고, 그 팁(115)의 외주면에 도전성 물질(111)이 감싸여져 있고, 이 도전성 물질(111)은 캔틸레버(100)에 형성되며, 그라운드와 연결된 도전성 라인(112)과 전기적으로 연결되어 있다.4 is a view showing a driving state of the SPM nano information storage device according to the present invention, the cantilever 100 is formed with a tip 115 formed at the tip, the conductive material 111 on the outer peripheral surface of the tip 115 ) Is enclosed, and the conductive material 111 is formed in the cantilever 100 and is electrically connected to the conductive line 112 connected to the ground.
또한, 미디어(200)의 전극(211)들 각각은 전원부(400)에 연결된다.In addition, each of the electrodes 211 of the media 200 is connected to the power source 400.
그러므로, 상기 전원부(400)에서 전압이 전극(211)들 각각에 인가되면, 상변이 물질막(220)에 접촉된 팁(115)으로 정보의 기록 및 재생을 하게된다.Therefore, when a voltage is applied to each of the electrodes 211 in the power supply unit 400, information is recorded and reproduced by the tip 115 contacting the phase change material film 220.
이 때, 상기 미디어(200)의 전극(211)들은 하부전극의 역할을 수행하고, 상기 팁(115)의 도전성 물질(111)은 상부전극의 역할을 수행한다.In this case, the electrodes 211 of the media 200 serve as lower electrodes, and the conductive material 111 of the tip 115 serves as an upper electrode.
그리고, 상기 전원부(400)는 기록시 미디어 전극에 정보에 해당하는 전압을 인가하도록, 상기 미디어 전극과 연결된 기록 전압원(430)(Vwrite)과, 재생시 미디어 전극에 전압을 인가하도록, 상기 미디어 전극과 저항(420)을 통하여 연결된 재생 전압원(440)(Vread)과, 상기 기록 전압원(430)(Vwrite)과 재생 전압원(440)(Vread )의 인가전압을 스위칭하여, 기록과 재생을 선택하는 스위치(410)로 구성된다.In addition, the power supply unit 400 supplies the voltage corresponding to the information to the media electrode at the time of writing, the write voltage source 430 (V write ) connected to the media electrode, and applies the voltage to the media electrode at the time of reproduction. The regenerative voltage source 440 (V read ) connected through the electrode and the resistor 420 and the applied voltages of the write voltage source 430 (V write ) and the regeneration voltage source 440 (V read ) are switched to record and reproduce. It consists of a switch 410 to select.
이하, 본 발명에 따른 SPM 나노 정보 저장장치의 동작을 설명하면, 먼저, 정보를 기록하고 및 재생하기 위해서는, 나노 정보 저장장치의 헤더에 어레이되어 있는 캔틸레버(100)들의 팁(115)의 첨두는 미디어(200)의 상변이 물질막(220)에 접촉되어야 한다.Hereinafter, the operation of the SPM nano information storage device according to the present invention, first, in order to record and reproduce information, the tip of the tip 115 of the cantilever 100 is arranged in the header of the nano information storage device. The phase change of the media 200 should contact the material film 220.
이때, 상기 캔틸레버(100)의 도전성라인(113)에 일정한 전위가 인가된다. At this time, a constant potential is applied to the conductive line 113 of the cantilever 100.
이 후, 정보를 기록하려고 하면, 기록 전압원(430)(Vwrite)에서 미디어(200)의 전극(211)으로 정보에 대한 전압을 인가하면, 이것이 캔틸레버(100)의 팁(115)으로 전류가 흐르게 된다.Subsequently, when attempting to write information, when a voltage for information is applied from the write voltage source 430 (V write ) to the electrode 211 of the media 200, the current flows to the tip 115 of the cantilever 100. Will flow.
이 전류는 미디어(200)의 상변이 물질막(220)에 주울열을 발생시켜, 상변이 물질막(220)의 상(Phase)을 변하게 한다. This current generates Joule heat in the phase change material film 220 of the media 200, thereby changing the phase of the phase change material film 220.
이렇게 변화된 상(Phase)은 상변이 물질막(220)의 저항값을 바꾸어 정보를 저장하게 된다. The changed phase changes the resistance value of the phase change material film 220 to store information.
그리고, 정보를 재생할 때는 재생 전압원(440)(Vread)에서 미디어(200)의 전극(211)으로 전압을 인가해서, 미디어(200)의 상변이 물질막(220)과 캔틸레버(100)의 팁(115)을 통해 흐르는 전류를 전압(Vr)으로 측정하면 된다.When the information is reproduced, a voltage is applied from the reproduction voltage source 440 (V read ) to the electrode 211 of the media 200, so that the phase change material film 220 and the tip of the cantilever 100 of the media 200 are applied. What is necessary is just to measure the electric current which flows through 115 by the voltage Vr.
여기서, 상기 측정된 전압(Vr)은 미디어(200)가 결정일 때와 비결정일 때 다르게 나타나므로, 정보를 재생할 수 있다. Here, the measured voltage Vr is different when the media 200 is in the crystal and the amorphous state, so that the information can be reproduced.
그러므로, 본 발명에 따른 SPM 나노 정보 저장장치를 이용하면, 미디어를 통해 신호가 전달되기 때문에, 헤더의 복잡한 설계를 피할 수 있고, 아울러 다양한 장치를 구현할 수 있다. Therefore, using the SPM nano information storage device according to the present invention, since the signal is transmitted through the media, it is possible to avoid the complicated design of the header, and to implement various devices.
도 5는 본 발명에 따른 캔틸레버에 z축 엑츄에이터가 형성된 SPM 나노 정보 저장장치의 구동 상태를 도시한 도면으로서, 캔틸레버(100)에 z축으로 동작할 수 있는 엑츄에이터(130)가 더 형성되어 있다,FIG. 5 is a view illustrating a driving state of an SPM nano information storage device in which a z-axis actuator is formed in a cantilever according to the present invention, and an actuator 130 capable of operating in a z-axis is further formed in the cantilever 100.
이 엑츄에이터(130)는 캔틸레버(100) 상부에 하부전극(131), 강유전체막(132)과 상부전극(133)을 순차적으로 형성된 캐패시터 구조이다. The actuator 130 has a capacitor structure in which a lower electrode 131, a ferroelectric layer 132, and an upper electrode 133 are sequentially formed on the cantilever 100.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 미디어(200)를 구동하는 스캐너(300)는 x, y,z 축으로 움직여야 하지만, 도 5와 같이 캔틸레버(100)에 z축 엑츄에이터(130)를 집적한 경우는 스캐너가 x, y축만 구동하면 되기 때문에, 스캐너 설계가 용이하다는 장점이 있다. On the other hand, as shown in Figure 1, the scanner 300 for driving the media 200 should move in the x, y, z axis, but as shown in Figure 5 integrated the z-axis actuator 130 in the cantilever 100 In this case, since the scanner only needs to drive the x and y axes, the scanner design is easy.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 미디어를 통해 신호를 전달하도록 구성함으로써, 헤더의 복잡한 설계를 피할 수 있고, 아울러 다양한 장치를 구현할 수 있는 효과가 발생한다.As described above, the present invention is configured to transmit a signal through the media, thereby avoiding the complicated design of the header, and also has the effect of implementing various devices.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 SPM(Scanning Probe Microscopy) 나노 정보 저장장치의 개략적인 사시도1 is a schematic perspective view of a scanning probe microscopy (SPM) nano information storage device according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 SPM 나노 정보 저장장치에 있는 미디어의 단면도2 is a cross-sectional view of media in an SPM nano information storage device in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 SPM 나노 정보 저장장치의 미디어에 있는 전극 패턴의 형상한 도시한 도면Figure 3 is a diagram showing the shape of the electrode pattern in the media of the SPM nano information storage device according to the present invention
도 4는 본 발명에 따른 SPM 나노 정보 저장장치의 구동 상태를 도시한 도면4 is a view showing a driving state of the SPM nano information storage device according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 헤더(Header) 110 : 캔틸레버 어레어 100: header 110: cantilever array
115 : 팁 200 : 미디어115: Tip 200: Media
210 : 기판 211,211a,211b : 전극 210: substrate 211, 211a, 211b: electrode
220 : 상변이(Phase change) 231 : 신호전달라인220: Phase change 231: Signal transmission line
400 : 전원부 410 : 스위치400: power supply 410: switch
420 : 저항 430 : 기록 전압원 420: resistance 430: recording voltage source
440 : 재생 전압원440: regenerative voltage source
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| KR (1) | KR100517736B1 (en) |
-
2003
- 2003-08-23 KR KR10-2003-0058513A patent/KR100517736B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20050020503A (en) | 2005-03-04 |
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