KR100603244B1 - 탐침형 정보저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탐침형 정보저장장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 외부 진동에 대한 영향을 최소화할 수 있는 휴대용 정보저장장치에 관한 것이다.

본 발명의 탐침형 정보저장장치는 탐침 어레이, 신호처리부, 매체 및 구동기로 이루어진 탐침형 정보저장장치에 있어서, 상기 탐침 어레이와 신호처리부를 외부 케이스에 연결하기 위한 탐침부 스프링 및 상기 매체와 구동기를 외부 케이스에 연결하기 위한 구동부 스프링으로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 탐침형 정보저장장치는 탐침부와 매체부 주위에 스프링을 부가함으로써, 외부 진동에 대한 영향을 최소화할 수 있어 휴대용 정보저장장치로의 사용이 가능하고, 종래의 질량 보상 방법에 비해 기록 면적을 높일 수 있는 장점이 있으며, 탐침부와 매체부 사이의 진동이 줄어들기 때문에 신호대 잡음비가 높아져 고속화 또는 대용량화가 가능한 효과가 있다.

탐침, 스프링, 저장, 매체, 구동

Description

탐침형 정보저장장치{Scanning probe microscope-based data storage apparatus}

도 1은 종래기술에 따른 탐침을 이용한 정보저장장치를 나타내는 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 탐침형 정보저장장치를 나타내는 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 매체부의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100. 탐침 어레이 110. 신호처리부

120. 외부 케이스 130. 탐침부 스프링

140. 매체 150. 구동부 스프링

본 발명은 탐침형 정보저장장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 외부 진동에 대한 영향을 최소화할 수 있는 휴대용 정보저장장치에 관한 것이다.

정보화의 발전에 따라 생활환경이 변화하면서 초고속 통신이 가능해져 개인이 소지하여야 할 정보의 양은 급격히 증가하고 있다. 시간, 장소에 구애받지 않고 언제 어디서나 정보를 쉽게 접하거나, 정보를 전송받아 보관할 수 있는 정보량이 늘어감에 따라 정보저장장치가 발전하고 있다.

현재까지 정보저장장치는 HDD, CD 계열 또는 DVD 계열 등의 자기와 광 기록 저장기와 반도체 기억소자를 중심으로 발전되어 왔다. 상기 HDD는 컴퓨터의 발전과 더불어 정보저장장치의 대표주자이지만, 헤드나 암(Arm)과 같은 기계적인 부분과 이를 정밀 제어하는 서보제어기들의 정밀도 개선에 한계가 있을 것이며, CD나 DVD등은 정보의 휴대가 용이하다는 장점은 있으나 빛의 회절현상으로 인해 저장밀도에 한계가 있다.

따라서 상기와 같은 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 개념의 저장장치 중에서 하나가 주사 탐침 현미경(SPM, Scanning Probe Microscope) 기술이다. 상기 주사 탐침 현미경은 수 nm의 곡률반경을 갖고 끝이 매우 날카로운 탐침을 이용하여 표면의 토폴로지(Topology)나 물리현상을 원자나 분자단위로 모니터링할 수 있다.

원자는 너무 작아서(0.1 ~ 0.5nm) 아무리 좋은 제 1세대의 광학 현미경 또는 제 2세대의 전자 현미경으로는 볼 수 없었으나 기존의 통념을 깨뜨린 제 3세대의 주사 탐침 현미경이 개발되었다.

상기 광학 현미경의 배율이 최고 수천 배, 전자 현미경의 배율이 최고 수십 만 배인데 비해, 주사 탐침 현미경의 배율은 최고 수천만 배로서, 개개의 원자를 관찰할 수 있다. 투과식 전자 현미경인 TEM(Transmission Electron Microscope)도 수평 방향의 분해능은 원자단위이나 수직 방향의 분해능은 훨씬 떨어져 개개의 원자를 관찰할 수는 없다. 주사 탐침 현미경의 수직 방향의 분해능은 수평 방향보다 더욱 좋아서 원자지름의 수십 분의 일(0.01nm)까지도 측정할 수 있다.

주사 탐침 현미경에는 처음으로 등장한 STM(Scanning Tunneling Microscope), 부도체 시료의 측정을 가능케 한 AFM(Atomic Force Microscope), 물질의 형상 이외에 다른 특성들을 측정할 수 있는 MFM(Magnetic Force Microscope), LFM(Lateral Force Microscope), FMM(Force Modulation Microscope), EFM(Electrostatic Force Microscope), SCM(Scanning Capacitance Microscope) 그리고 EC-SPM(Electrochemistry SPM) 등이 있다.

또한, 물질의 광학적 특성을 빛의 파장보다 훨씬 작은 분해능(~50nm)으로 알아내는 NSOM(Near-field Scanning Optical Microscope), 시료표면의 온도분포를 재는 SThM(Scanning Thermal Microscope) 등이 있는데 아직은 널리 사용되고 있지 않으나 앞으로 발전 또는 응용 가능성이 많다.

현재 주사 탐침 현미경은 주로 연구용과 산업용 분석, 측정기기로 쓰이고 있다. 연마된 광학 렌즈나 증착막의 두께 및 굴곡도 측정에서부터 천연 광석의 표면분석에 이르기까지 종래보다 더 작은 단위로 측정하려는 모든 곳에 활용되고 있다. 산업용으로는 반도체의 표면 계측, 결함 분석, 콤팩트 디스크, 자기 디스크나 광 자기 디스크 등에 쓰인 비트(Bit)의 모양새 조사 등에 쓰이고 있으며 최근 큰 성장 을 보이고 있는 FPD(Flat Panel Display)의 제조 공정 분석 장비로도 활용되고 있다.

주사 탐침 현미경은 진공 상태나 대기중 뿐 아니라 액체 내에서도 작동함으로 살아있는 세포 내의 구조나 세포 분열 등을 관찰할 수 있다. 전자 현미경이 진공 상태에서만 가능하다는 것을 감안하면 주사 탐침 현미경의 응용범위가 대단히 넓다고 할 수 있다. 상기 주사 탐침 현미경은 관찰, 측정에 그치지 않고 초소형 로보트의 기능도 할 수 있어서 사진묘사(Nanolithography), 절삭(Nanomachining), 나아가 분자의 합성 등에도 사용된다.

도 1은 종래기술에 따른 탐침을 이용한 정보저장장치를 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 작동 원리는 미세한 탐침(10)을 기록매체(20)의 표면에 가까이 접근시킨 뒤 매체 표면에 물리적, 화학적 변화를 일으켜 정보를 기록하고 판독한다.

이때 정보를 기록하는 방식은 전하 보존을 이용하거나 매체의 표면을 열 또는 기계적인 작용으로 변형시켜 요철을 일으키거나 자기분극을 이용하는 등 여러 가지 방법이 가능하다. 탐침(10)은 2차원 배열로 구성되어 있어 한꺼번에 많은 단위 정보를 기록 또는 판독할 수 있으며, 하나의 탐침은 다른 탐침과의 간격에 해당하는 영역의 매체 표면에 정보를 기록한다. 이를 위해 매체(20)에는 구동기가 연결되어 있어 탐침(10)에 대한 상대적인 위치를 변화시켜가며 단위 정보를 2차원적으로 저장할 수 있도록 되어 있다. 상기와 같은 구동에는 정전력을 이용하거나 전자기력을 이용하는 등 여러 가지 방법이 가능하다.

그러나 상기 종래기술은 구동 방향에 수직한 방향으로 진동이 있을 경우 매체와 탐침간의 거리가 달라져 기록 또는 판독에 문제가 발생하고, 매체 구동기가 스프링-액츄에이터 구조이므로 구동 방향과 나란한 외부 진동이 인가되었을 때 그에 대한 영향을 받으며, 매체부와 구동부 일부의 질량 비율을 조절하여 구동 방향에 대한 외부 진동의 영향은 줄일 수 있으나 전체 소자 크기에 비해 실제 정보를 저장할 수 있는 매체 영역이 매우 작은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탐침부와 매체부 주위에 스프링을 부가하여 외부 진동에 의한 영향을 최소화할 수 있는 탐침형 정보저장장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 탐침 어레이, 신호처리부, 매체 및 구동기로 이루어진 탐침형 정보저장장치에 있어서, 상기 탐침 어레이와 신호처리부를 외부 케이스에 연결하기 위한 탐침부 스프링 및 상기 매체와 구동기를 외부 케이스에 연결하기 위한 구동부 스프링을 포함하여 구성된 탐침형 정보저장장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 탐침형 정보저장장치를 나타내는 구성도이다. 도 2(가)와 (나)를 참조하면, 탐침 어레이(100)와 신호처리부(110)를 외부 케이스(120)에 고정시키지 않고, 수직 방향으로 진동하는 탐침부 스프링(130)으로 연결한다. 여기서 탐침 어레이(100)와 신호처리부(110)는 탐침부이다. 그리고 매체(140)는 2 부분씩 중첩되어 총 4 부분으로 나뉘어 있고, 각 부분은 구동부 스프링(150)과 연결한다.

상기 탐침부 스프링(130)에 연결된 탐침 어레이(100)의 탐침(105)은 매체(140)와 가깝게 마주보게 되어 있고, 상기 매체(140)는 구동기(미도시)에 의해 수평 방향으로 움직인다. 즉, 상기 탐침 어레이(100)와 마주보고 있지 않은 매체(140)의 반대면에는 코일(160)이 위치하고, 상기 코일 아래쪽에는 자석(170)이 이격되어 있어 코일에 전류를 흘려줌에 따라 구동기에 의해 매체(140)가 움직인다. 여기서 매체(140)와 구동기는 매체부이다.

상기 탐침부 스프링(130)의 구조는 매체부의 구동 방향으로는 무한대에 가까운 스프링 상수를 가져 움직이지 않도록 하며, 상기 매체부의 구동 방향에 수직 방향으로는 수학식 1에 의해 스프링 상수값을 갖도록 한다.

Mm/Km = Mp/Kp

상기 수학식 1에서의 Mm은 매체부의 질량, Km은 매체부의 수직 방향 스프링 상수, Mp는 탐침부의 질량, Kp는 탐침부의 수직 방향 스프링 상수이다. 이 경우 외부에서 수직 방향의 외부 진동이 발생했을 때, 탐침부와 매체부가 같은 진폭으로 흔들리게 되어 둘 사이의 상대적인 변위는 0에 가깝게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 매체부의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 매체는 2 부분씩 중첩되어 총 4 부분으로 나뉘어 각 부분이 스프링으로 연결되어 있다.

한 부분이 수평 방향으로 움직이면 마주보는 다른 한 부분은 그 반대 방향으로 움직이며, 매체의 각 부분을 고정시켜 주는 스프링은 수평 방향의 한 축에 대해서만 잘 진동하도록 적절한 스프링 상수를 갖고 나머지 수평 방향의 한 축과 수직 방향에 대해서는 원래 축에 비해 높은 스프링 상수를 갖도록 되어 매체와 구동부가 수평방향으로 구동되도록 한다.

탐침 어레이와 신호처리부 즉, 탐침부를 고정시켜 주는 스프링은 수평 방향에 대해서는 높은 강성을 갖고 있으며, 수직 방향의 스프링 상수는 스프링이 지지하고 있는 부분의 질량 대비 스프링 상수 비율이 매체부를 지지하는 스프링의 수직 방향 스프링 상수와 같도록 되어 있다.

즉, 상기 탐침부 스프링의 수직 방향에 대한 질량 대비 스프링 상수 비율은 매체부를 지지하는 스프링의 수직 방향에 대한 질량 대비 스프링 상수 비율과 같고, 상기 매체부 스프링의 수직 방향에 대한 질량 대비 스프링 상수 비율은 탐침부를 지지하는 스프링의 수직 방향에 대한 질량 대비 스프링 상수 비율과 같다.

따라서, 본 발명은 정보를 기록하거나 판독할 때에 매체부를 도 3(가)와 같이 A와 B 부분으로 나누고, 이를 다시 A 부분은 C와 D 부분으로, B 부분은 E와 F 부분으로 나누어진다. 도 3(나)에 도시된 바와 같이 각 부분을 시이소오 형태로 움직이게 하면 C 부분이 움직일 때 다른 D 부분은 그와 반대 방향으로 움직이게 되며, 상기 C와 D 부분을 포함한 A 부분과 E와 F 부분을 포함한 B 부분 사이에서도 서로 반대 방향으로 움직인다. 이로 인해 구동 방향과 평행한 외부 진동이 인가되었을 때 각 부분이 받는 힘이 서로 상쇄되므로 외부 진동에 대한 진동이 거의 없게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 도 3의 구조를 확장하여 총 16 부분으로 나뉘어지고 각 부분은 스프링으로 연결되어 있어 그 구동 방향은 각각 선대칭을 이룬다.

따라서, 본 발명은 도 4에서와 같이 도 3의 방식을 적용하면 외부 진동에 의한 진동이 서로 반대 방향으로 잡아 당기는 힘에 의해 상쇄되어 진동이 거의 없고 회전 모멘트를 줄일 수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 탐침형 정보저장장치는 탐침부와 매체부 주위에 스프링을 부가함으로써, 외부 진동에 대한 영향을 최소화할 수 있어 휴대용 정보저장장치로 의 사용이 가능하고, 종래의 질량 보상 방법에 비해 기록 면적을 높일 수 있는 장점이 있으며, 탐침부와 매체부 사이의 진동이 줄어들기 때문에 신호대 잡음비가 높아져 고속화 또는 대용량화가 가능한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 탐침 어레이, 신호처리부, 매체 및 구동기로 이루어진 탐침형 정보저장장치에 있어서,

   상기 탐침 어레이와 신호처리부를 외부 케이스에 연결하기 위한 탐침부 스프링; 및

   상기 매체와 구동기를 외부 케이스에 연결하기 위한 구동부 스프링

   을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탐침형 정보저장장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 탐침부 스프링은 수평 방향에 대해서 높은 강성을 가지는 것을 특징으로 하는 탐침형 정보저장장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 탐침부 스프링의 수직 방향에 대한 질량 대비 스프링 상수 비율은 매체부를 지지하는 스프링의 수직 방향에 대한 질량 대비 스프링 상수 비율과 같은 것을 특징으로 하는 탐침형 정보저장장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 구동부 스프링은 수평 방향의 한 축에 대해서만 진동하여 상기 매체와 구동부가 수평방향으로 구동되도록 하는 것을 특징으로 하는 탐침형 정보저장장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 탐침부 스프링의 수직 방향에 대한 질량 대비 스프링 상수 비율은 상기 매체부를 지지하는 스프링의 수직 방향에 대한 질량 대비 스프링 상수 비율과 같은 것을 특징으로 하는 탐침형 정보저장장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   상기 매체의 반대편에는 코일이 위치하고, 상기 코일의 아래쪽에는 자석이 위치하는 것을 특징으로 하는 탐침형 정보저장장치.

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