KR100585670B1

KR100585670B1 - 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형정보저장기기

Info

Publication number: KR100585670B1
Application number: KR1020040020498A
Authority: KR
Inventors: 남효진; 진원혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2006-06-07
Also published as: KR20050095242A

Abstract

본 발명은 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보저장기기에 관한 것으로, 미디어에 데이터를 기록 재생하는 헤더를 구비한 탐침형 정보 저장 기기에 있어서, 기록재생용 팁의 길이보다 더 짧게 형성된 간격조절용 팁을 구비함으로써, 탐침형 정보저장기기의 팁과 미디어 사이의 간격을 일정하게 조절하여 정보의 신뢰성있는 재생과 기록을 구현한 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기를 제공한다.

탐침, 간격조절용 팁, 기록재생용 팁, 헤더, 미디어

Description

팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보저장기기 {HEADER STRUCTURE CAPABLE OF CONTROLLING GAP BETWEEN TIP AND MEDIA IN SPM TYPE DATA STORAGE DEVICE AND CONTROLLING METHOD THEREBETWEEN}

도1 및 도2는 종래의 탐침형 정보 저장 기기에 관한 것으로,

도1은 탐침과 미디어 사이의 접촉 상태를 도시한 사시도

도2는 미디어에 대하여 행하는 기록 및 재생 공정을 도시한 개략도

도3 내지 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보저장기기의 탐침 구조에 관한 것으로,

도3은 캔틸레버의 굽힘 변형량에 따른 히터의 출력 전압을 도시한 그래프

도4는 탐침형 정보저장기기의 탐침 구조를 도시한 사시도

도5는 도4의 작동 원리를 설명하는 개략도

도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보저장기기의 탐침 구조를 도시한 사시도

도7 및 도8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 간격조절용 팁의 구성을 도시한 사시도

도9는 2차원으로 배열된 탐침형 정보저장기기의 탐침 배열 구성을 도시한 사시도

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10: 기록재생용 탐침 11: 캔틸 레버

12: 히트 플랫폼 13: 기록재생용 팁

20: 미디어 21: 기록층

22: 보호층 23: 기판

30: 헤더 40: 간격조절용 탐침

41: 캔틸 레버 42: 히트 플랫폼

43,243,343: 간격조절용 팁 144: 압전 소자

d1: 척력 작용 거리 d2: 팁 길이 차

본 발명은 탐침형 정보저장기기에 관한 것으로, 상세하게는 정보의 신뢰성있는 재생과 기록을 위하여 탐침형 정보저장기기의 팁과 미디어 사이의 간격을 조절하는 탐침형 정보저장기기에 관한 것이다.

원자 현미경(Atomic Force Microscopy; AFM)은 캔틸레버(cantilever)로 불리는 미소한 막대 끝에 수nm의 팁(tip)이 형성되어, 팁과 시편 사이의 원자력을 측정하는 탐침 측정(Scanning Probe Microscopy; SPM) 원리를 이용함으로써 시편의 표면 형상, 전기적 성질 및 자기적 성질을 측정하는 장치이다. 최근에는, 이러한 원자 현미경의 원리를 이용하여 나노 감광 장치(Nono-lithography) 또는 나노 정보 저장 기기(Nano-data storage)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 나노 정보 저장 기기는 수nm의 탐침을 이용하여 정보를 저장할 수 있으므로 테라비트급(Tbit/in²) 이상의 높은 저장 밀도를 갖는 데이터 저장 장치가 구현 가능하다는 장점을 갖는다.

아이비엠에서 개발된 밀리페드(Millipede)는 탐침 측정(SPM)의 원리를 이용하여 피엠엠에이(PMMA)와 같은 고분자 물질을 기록 매체로 사용한 정보 저장 기기이다. 상기 밀리페드(Millipede)는 속도를 향상시키기 위하여 단위 탐침(10)은 2차원적으로 배열되어 헤더(30)에 장착된다. 도1에 도시된 바와 같이, 각각의 탐침(10)은 화살표(11a) 방향으로 전류가 흐르도록 'ㄷ'형상의 실리콘 재질로 형성된 캔틸레버(11)와, 캔틸레버(11)의 끝단에 전기 저항체로 형성되어 열을 발생시키는 히트 플랫폼(12)과, 히트 플랫폼(12)의 저면에 실리콘으로 돌출 형성되어 미디어(20)의 기록층(21)을 감지하는 팁(13)으로 구성된다.

상기 탐침(10)에 의하여 기록, 재생되는 미디어(20)는, 히트 플랫폼(12)에 의하여 가열된 고온의 팁(13)이 기록홈(21a)에 삽입되어 데이터를 인식하는 약 40nm의 두께의 피엠엠에이 고분자로 형성된 기록층(21)과, 팁(13)의 보호를 위하여 경도가 낮은 고분자 재질로 약 70nm의 두께로 형성된 보호층(22)과, 내마모 특성이 우수하도록 높은 경도(hardness)를 갖는 실리콘 재질로 형성된 기판(substrate,23)으로 구성된다.

상기와 같이 구성된 탐침(SPM)형 정보 저장 기기의 재생 과정은 다음과 같 다. 도2(a)에 도시된 바와 같이 팁(13)이 미디어(20)와 분리된 상태로부터, 도2(b)에 도시된 바와 같이, 탐침(10)의 팁(13)이 미디어(20)의 기록홈(21a)에 삽입되어 히트 플랫폼(12)과 미디어(20) 사이의 거리가 가까운 상태에서는, 히트 플랫폼(12)과 미디어(20) 사이의 열전달이 활발히 이루어져 히트 플랫폼(12)이 빨리 냉각된다. 그리고, 도2(c)에 도시된 바와 같이, 탐침(10)의 팁(13)이 미디어(20)의 기록홈(21a)에 삽입되지 않고 히트 플랫폼(12)과 미디어(20) 사이의 거리가 멀어진 상태에서는 히트 플랫폼(12)과 미디어(20) 사이의 열전달이 덜 활발히 이루어져 히트 플랫폼(12)이 천천히 냉각된다. 이러한 냉각 속도 차이로 인하여 히트 플랫폼(12)의 온도가 달라지게 되고, 이는 히트 플랫폼(12)의 전기 저항의 차이를 발생시키게 되므로, 이를 감지하여 데이터를 재생하게 된다.

또한, 상기와 같이 구성된 탐침(SPM)형 정보 저장 기기의 기록 과정은 다음과 같다. 캔틸 레버(11)에 흐르는 전류에 의하여 발열되는 전기 저항체로 형성된 히트 플랫폼(12)에 의하여, 가열된 고온의 팁(13)은 미디어(20)의 기록층(21)에 접근하여 기록층(21)을 녹여 홈(21a)을 만듦으로써 데이터를 기록하게 된다.

그러나, 아이비엠에서 개발한 상기와 같은 탐침형 정보저장기기용 캔틸 레버(11)는 제조 공정이 간단한 장점을 갖지만, 히트 플랫폼의 불균일에 기인한 불균일한 옵셋(offset) 전압이 발생되는 문제점이 있으며, 정보 재생시 팁을 300℃이상 가열해야 하므로 전력 소모가 크고 속도가 느린 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 정보의 신뢰 성있는 재생과 기록을 위하여 탐침형 정보저장기기의 팁과 미디어 사이의 간격을 일정하게 조절하는 탐침형 정보저장기기를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 미디어에 정보를 기록 또는 재생하도록 기록재생용 팁이 형성된 기록재생용 탐침을 구비한 탐침형 정보 저장 기기에 있어서, 상기 미디어로부터 상기 기록재생용 팁의 끝단까지의 거리보다 상기 미디어로부터 끝단까지의 거리가 더 멀리 떨어지도록 형성된 간격조절용 팁을 구비한 간격조절용 탐침을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기를 제공한다.

이는, 정보의 신뢰성있는 재생과 기록을 위하여 탐침형 정보저장기기의 팁과 미디어 사이의 간격을 일정하게 조절하기 위함이다.

그리고, 상기 기록재생용 탐침과 상기 간격조절용 탐침은 동일한 헤더에 고정된 것이 효과적이다.

또한, 상기 기록재생용 팁의 끝단과 상기 간격조절용 팁의 끝단 사이의 거리는 200nm 내지 400nm인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 기록재생용 탐침은, 상기 헤더로부터 연장된 캔틸레버와, 캔틸레버의 끝단에 돌출 형성된 상기 기록재생용 팁을 포함하여 구성되고, 상기 간격조절용 탐침은 상기 헤더로부터 연장된 캔틸레버와, 캔틸레버의 끝단에 돌출 형성된 상기 간격조절용 팁을 포함하여 구성된 것이 효과적이다.

또한, 상기 기록재생용 탐침은 복수개로 일렬로 배열된 경우에는, 상기 간격 조절용 탐침은 배열된 상기 기록재생용 탐침의 양끝에 각각 1개씩 설치된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 기록재생용 탐침은 복수열로 배열된 경우에는, 상기 간격조절용 탐침은 상기 복수열 가운데 어느 하나의 열의 양끝에 각각 하나씩 설치되고, 또 다른 하나의 열에 하나가 설치된 것이 효과적이다.

한편, 상기 간격조절용 팁의 끝단은 면형상을 갖도록 형성된 것이 기판과 원자력이 작용하는 단면적이 커지므로 간격 조절에 용이하다. 단면적을 크게 하기 위하여 상기 간격조절용 팁은 복수개로 형성될 수도 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.

도3 내지 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보저장기기의 탐침 구조에 관한 것으로, 도3은 캔틸레버의 굽힘 변형량에 따른 히터의 출력 전압을 도시한 그래프, 도4는 탐침형 정보저장기기의 탐침 구조를 도시한 사시도, 도5는 도4의 작동 원리를 설명하는 개략도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보저장기기의 일렬로 배열된 탐침 구조체(1)는, 미디어(20)로부터 정보를 기록 재생하는 다수의 기록재생용 탐침(10)과, 기록재생용 탐침(10)이 고정된 헤더(30)와, 일렬로 배열된 기록재생용 탐침(10)의 양끝에 헤더(30)에 고정된 간격조절용 탐침(40)을 포함하여 구성된다.

상기 기록재생용 탐침(10)은, 헤더(30)로부터 분기되어 실리콘 재질의 막대 형상의 캔틸레버(11)와, 캔틸레버(11)에 전류가 흐르도록 형성된 전류 통로(미도시)와, 캔틸레버(11)의 끝단에 낮은 농도의 보론이 도핑되어 전기 저항체로 형성된 히트 플랫폼(12)과, 히트 플랫폼(12)의 저면에 미디어 방향으로 돌출 형성된 기록재생용 팁(13)을 구비한다.

상기 간격조절용 탐침(40)은, 기록재생용 탐침(10)의 양끝단에 헤더(30)로부터 분기되어 실리콘 재질의 막대 형상의 캔틸레버(41)와, 캔틸레버(41)에 전류가 흐르도록 형성된 전류 통로(미도시)와, 캔틸레버(41)의 끝단에 낮은 농도의 보론이 도핑되어 전기 저항체로 형성된 히트 플랫폼(42)과, 히트 플랫폼(42)의 저면에 미디어 방향으로 돌출 형성된 간격조절용 팁(43)을 구비한다.

이 때, 도4에 도시된 바와 같이, 간격조절용 팁(43)의 길이와 기록재생용 팁(13)의 길이의 차(d2)는 약 300nm정도 (200nm 내지 400nm)로, 간격조절용 팁(43)의 길이가 더 짧게 형성된다.

이하, 본 발명의 일 실시예의 작동 원리를 상술한다.

도3에 도시된 바와 같이, 탐침(10)과 미디어(20)의 사이에는 원자력(atomic force)이 작용하여, 일정 거리 이상 떨어지면 인력이 작용하며, 일정 거리 이하로 접근하면 척력이 작용한다. 예컨대, 도3의 은선으로 표시된 캔틸레버(11)의 굽힘 변형량을 참조하면, 팁(13)과 미디어(20) 사이의 거리가 떨어져 있을 때에는 팁(13)과 미디어(20) 사이의 원자력이 거의 작용하지 않으므로 캔틸레버(11,41)는 거의 휘지 않는다. 그러나, 도면 부호 d1으로 표시된 길이만큼 팁(13)이 미디어(20)의 표면에 접근하면, 팁(13)의 끝단과 미디어(20)의 표면의 원자력(atomic force)에 기인한 척력에 의하여 캔틸레버(11)는 급격히 휘게 된다.

한편, 히트 플랫폼(12)에서 발생된 열은 탐침(10)에 부착된 팁(13)과 미디어(20)표면 사이의 열교환에 의하여 냉각의 정도가 달라지게 되므로, 팁(13)이 미디어(20)와 접촉하여 기록, 재생을 행하는 경우에는 팁(13)과 미디어(20) 사이의 거리는 더이상 가까와질 수 없으므로 온도 평형을 이루게 되어 온도차이가 거의 발생되지 않는다. 따라서, 기록재생용 탐침(10)의 히트 플랫폼(12)의 온도 변화로 팁(13)과 미디어(20) 사이의 간격을 조절하는 종래의 방식에는 한계가 있었다.

따라서, 본 발명은, 미디어(20)로부터 일정 간격을 유지하기 위하여 미디어(20)와 팁(43) 사이의 거리에 따라 민감하게 온도가 변화하는 약 수십 nm 내지 200nm(100nm는 1000Å에 해당함)주변의 범위(도3의 A로 표시된 구간)에서 기록재생용 탐침(10)과 별도의 간격조절용 탐침(40)을 구비하여, 간격조절용 탐침(40)이 탐침 구조체(1)와 미디어(20) 사이의 간격을 조절하고, 일정한 거리가 유지된 상태에서 기록재생용 탐침(10)은 미디어(20)에 정보를 기록, 재생할 수 있도록 하는 것이다.

보다 구체적으로는, 약 300nm 가량 짧은 간격조절용 팁(43)이 미디어(20)의 표면과 100nm를 유지하는 범위에서, 탐침 구조체(1)와 미디어(20) 사이의 거리를 일정하게 유지한다. 이 때, 간격조절용 팁(43)보다 300nm가량 긴 기록재생용 탐침(10)의 팁(13)은 200nm가량 굽힘 변형이 발생하면서(도5참조) 미디어(20)에 굽힘 탄성 복원력에 해당하는 힘을 가하게 된다. 이와 같은 방법으로, 간격조절용 탐 침(40)은 미디어(20)에 대하여 일정 간격(100nm)을 유지하고, 동시에 기록재생용 탐침(10)은 미디어(20)에 대하여 일정한 힘을 유지한 상태로 미디어를 따라 움직일 수 있게 된다.

이 때, 도4와 같이 일렬로 배열된 탐침 구조체(1)는 적어도 2개의 간격조절용 탐침(40)을 구비해야 기록재생용 탐침(10)들과 미디어(20) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있으며, 바람직하게는, 다수의 기록재생용 탐침(10)의 양끝에 배치한다.

그리고, 도9에 도시된 바와 같이, 기록 용량과 기록 재생 속도를 높이기 위하여 2차원의 다수 열로 배열된 경우에는, 적어도 3개의 간격조절용 탐침(40)을 구비해야 기록재생용 탐침(10)들과 미디어(20) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있으며, 하나의 열의 양 끝에 2개의 간격조절용 탐침(40)을 배치하고 다른 하나의 열의 중앙부에 1개의 간격조절용 탐침(40)을 배치하는 것이 효과적이다.

한편, 도6에 도시된 바와 같이, 캔틸레버(41)에 열압전(thermo-piezoelectric) 방식의 압전 소자를 구비하여 미디어(20)에 기록된 홈을 지날 때 발생되는 전하의 변화로 정보를 재생할 수도 있다. 이 방식은 옵셋 전압(offset voltage)이 거의 없고 전력 소모가 거의 없는 측면에서 효과적이다.

또한, 도7 및 도8에 도시된 바와 같이, 팁(243, 343)과 미디어(20) 사이의 간격 조절을 위한 히트 플랫폼(42)의 감도를 높이기 위하여, 히트 플랫폼(42)이 미디어(20)를 통하여 열을 잘 전달할 수 있는 구조로 형성되는 것이 유리하다. 따라서, 히트 플랫폼(42)이 미디어(20)로 열을 잘 전달할 수 있도록 복수개의 팁(243)을 사용하거나 도8의 도면 부호 343으로 표시된 바와 같이 끝단면적이 면형상을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 미디어에 데이터를 기록 재생하는 헤더를 구비한 탐침형 정보 저장 기기에 있어서, 기록재생용 팁의 길이보다 더 짧게 형성된 간격조절용 팁을 구비함으로써, 탐침형 정보저장기기의 팁과 미디어 사이의 간격을 일정하게 조절하여 정보의 신뢰성있는 재생과 기록을 구현한 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기를 제공한다.

Claims

미디어에 정보를 기록 또는 재생하도록 기록재생용 팁이 형성된 기록재생용 탐침을 구비한 탐침형 정보 저장 기기에 있어서,

상기 미디어로부터 상기 기록재생용 팁의 끝단까지의 거리보다 상기 미디어로부터 끝단까지의 거리가 더 멀리 떨어지도록 형성된 간격조절용 팁을 구비한 간격조절용 탐침을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 1항에 있어서,

상기 기록재생용 탐침과 상기 간격조절용 탐침은 동일한 헤더에 고정된 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 2항에 있어서,

상기 기록재생용 팁의 끝단과 상기 간격조절용 팁의 끝단 사이의 거리는 200nm 내지 400nm인 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 기록재생용 탐침은,

상기 헤더로부터 연장된 캔틸레버와;

캔틸레버의 끝단에 돌출 형성된 상기 기록재생용 팁을;

포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 4항에 있어서,

상기 미디어 사이의 간격에 따라 전하량을 감지하여 신호를 내보내도록 상기 캔틸레버에 장착된 압전 소자를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,

상기 간격조절용 탐침은,

상기 헤더로부터 연장된 캔틸레버와;

캔틸레버의 끝단에 돌출 형성된 상기 간격조절용 팁을;

포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 6항에 있어서,

상기 미디어 사이의 간격에 따라 전하량을 감지하여 신호를 내보내도록 상기 캔틸레버에 장착된 압전 소자를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 팁과 미디 어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 2항에 있어서,

상기 기록재생용 탐침은 복수개로 일렬로 배열되고,

상기 간격조절용 탐침은 배열된 상기 기록재생용 탐침의 양끝에 각각 1개씩 설치된 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 2항에 있어서,

상기 기록재생용 탐침은 복수열로 배열되고,

상기 간격조절용 탐침은 상기 복수열 가운데 어느 하나의 열의 양끝에 각각 하나씩 설치되고, 또 다른 하나의 열에 하나가 설치된 것을 특징으로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 2항에 있어서,

상기 간격조절용 팁의 끝단은 면형상을 갖도록 형성된 것을 특징을 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.
제 2항에 있어서,

상기 간격조절용 탐침에 상기 간격조절용 팁은 복수개로 형성된 것을 특징으 로 하는 팁과 미디어 사이의 간격을 조절할 수 있는 탐침형 정보 저장 기기.