KR100623029B1 - 정보 소거용 캔틸레버를 포함하는 나노 정보 저장장치의헤더 - Google Patents

정보 소거용 캔틸레버를 포함하는 나노 정보 저장장치의헤더 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정보 소거용 캔틸레버를 포함하는 나노 정보 저장장치의 헤더에 관한 것으로써, 기록 소거를 위한 소거용 탐침; 상기 탐침을 가열하는 소거용 저항히터; 상기 저항히터에 전기를 공급하는 소거용 전기신호전달부 및 상기 탐침이 기록매체상 소정의 소거위치에 고정되도록 하는 소거용 캔틸레버 다리를 포함하는 정보 소거용 캔틸레버를 포함한다.
캔틸레버, 나노, 정보저장장치, SPM

Description

정보 소거용 캔틸레버를 포함하는 나노 정보 저장장치의 헤더{Header of NANO Data Storage including Cantilever for Erasing Data}
도 1은 IBM에서 개발한 밀리피드의 사시도이다.
도 2는 캔틸레버가 데이터를 기록하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 캔틸레버가 데이터를 재생하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 캔틸레버 탐침이 기록매체에 홈을 생성하는 방법을 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 기록매체에 형성된 홈을 확대한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기록/재생용 캔틸레버 헤드이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 소거용 캔틸레버헤드이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소거용 캔틸레버가 홈을 소거하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 캔틸레버 헤드의 저면도이다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캔틸레버 헤드의 저면도이다.
{도면의 주요부호에 대한 설명}
100 : 기록/재생용 캔틸레버 헤드 101 : 기록/재생용 캔틸레버 다리
102 : 기록/재생용 탐침 103 : 기록/재생용 히터
104 : 기록/재생용 히터 플랫폼 105 : 기록/재생용 전기신호 전달부
200 : 소거용 캔틸레버 헤드 201 : 소거용 캔틸레버 다리
202 : 소거용 탐침 203 : 소거용 히터
204 : 소거용 히터 플랫폼 205 : 소거용 전기신호 전달부
본 발명은 정보 소거용 캔틸레버를 포함하는 나노 정보 저장장치의 헤더에 관한 것으로써, 주사 탐침 현미경(Scanning Probe Microscopy, 'SPM')의 원리를 이용한 정보 저장장치에서 정보를 지우는 장치를 정보를 기록/재생하는 장치와 별도로(독립적으로) 두는 경우에 관한 것이다.
원자현미경(AFM)은 캔틸레버라 불리는 미소한 막대를 이용하여 표면형상 등을 측정하는 장치이다. 캔틸레버 끝에는 수 nm 크기의 팁이 형성되어 있으며 이러한 팁과 시편사이의 원자력을 측정함으로써 시편의 표면형상, 전기 또는 자기적인 성질 등을 알 수 있다. 최근, 이러한 원자현미경의 원리를 이용한 나노-감광장치(nano-lithography) 또는 나노정보저장장치(nano data storage) 에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 원자현미경의 원리를 이용하면 수 nm 크기의 탐침을 이용하 여 정보를 저장할 수 있으므로 Tbit/in2 이상의 저장밀도를 갖는 데이터 저장장치를 개발할 수 있다. 이렇게 캔틸레버 탐침을 이용하여 미디어를 변화시켜 기록하는 장치를 "SPM원리를 이용한 정보저장장치"라고 한다. 미디어를 변화시키는 방법에는 IBM방식과 같이 열을 이용하여 미디어를 기계적으로 변형시켜 기록/재생하는 방식과 PZT와 같은 강유전체의 분극을 변화시키는 방법과 상전이 물질을 이용해서 열 혹은 전기를 이용하여 상(phase)을 변화시켜 그에 따른 저항의 변화를 이용하는 방법, 강자성체 물질을 이용하는 방법 등 다양하게 존재한다.
SPM의 원리를 이용한 정보저장장치 중 대표적인 것으로 IBM에서 개발하고 있는 "밀리피드"가 있다(도 1). 밀리피드는 STM(Scanning Tunneling Microscope : 주사 터널 현미경)과 AFM(Atomic Force Microscope : 원자력 현미경)등의 전자현미경 기술을 응용한 것이다. 이들 전자 현미경은 시료 표면에 작은 바늘을 사용하여 표면과 바늘사이에 작용하는 원자간 힘이나 터널 전류를 검출함으로서 시료의 형태를 원자레벨로 관찰할 수 있다. 밀리피드는 이 방식을 이용하여 데이터를 저장하고 읽어들임으로서 현재 저장매체가 가진 물리적 한계를 극복하고 있다.
밀리피드는 데이터를 저장하는데 캔틸레버라고 하는 헤드를 사용한다(도 2). 캔틸레버는 나노기술로 제작된 실리콘제 컴포넌트로 길이가 70㎛, 폭이 10㎛, 두께가 1㎛로 극소형이다. 캔틸레버의 끝부분에는 히터(일종의 저항)가 달려있고, 작은 바늘을 가열할 수 있도록 되어있다. 이 바늘은 끝부분이 10㎚로, 밀리피드는 이 바늘로 미디어 표면에 미세한 홈을 만들어 데이터를 저장하게 된다. 이러한 방식은 컴퓨터의 초기 저장방식인 천공 카드와 유사해 하나의 홈이 1비트에 해당한다.
데이터가 저장되는 미디어는 실리콘 위에 포토레지스트(SU-8)층, 그 위에 고순도 아크릴(polymethylmethacrylate, 'PMMA')층의 구조로 이루어져 있다. SU-8은 70㎚의 두께로 캔틸레버의 바늘이 실리콘 기판은 손상시키거나 열에 의한 변형을 막는 역할을 담당한다. 실제 데이터가 저장되는 부분은 50㎚의 PMMA층이다. 캔틸레버에 의한 데이터 저장 작업은 400℃까지 가열된 바늘로 PMMA층을 녹이면서 홈을 만들게 된다. 캔틸레버는 2D평면을 이동하며 순차적으로 데이터를 기록하게 되는데 현재 가로세로 92㎛의 정사각형 내에 0.875MB의 데이터를 기록할 수 있다.
도 3은 정보저장장치의 재생과정을 나타낸 것이다. 재생과정은 히터 플랫폼의 냉각속도가 히터 플랫폼과 기록매체 사이의 거리에 따라 변화하는 원리를 이용한다. 도 3에서 보여진 것과 같이 팁이 오목한 구멍 속으로 들어가서 히터 플랫폼과 기록 매체 사이의 거리가 가까워지면 히터 플랫폼은 빨리 냉각되나 팁이 평탄한 면을 지나갈 때에는 히터 플랫폼과 기록매체 사이의 거리가 멀어져 천천히 냉각되게 된다. 이러한 냉각속도의 차이로 인하여 히터 플랫폼온도가 달라지면 이로 인하여 히터 플랫폼의 전기저항의 차이가 야기되므로 이것을 이용하여 정보 (data)를 재생한다.
도 4는 미디어에 기록되는 원리를 나타낸 것인데, 히터 플랫폼에 전류가 흘러 온도가 올라가면 탐침의 온도가 올라가고 그러면 이 온도에 의해 미디어가 녹아서 기록되게 된다. 이러한 IBM의 기록/재생방법을 "Thermo-mechanical"(이하 열-기계)방식이라고 한다. 이 방식의 경우 정보를 지우는 방식은 동일 캔틸레버의 탐침 을 사용한다. 그러나, 탐침의 끝은 매우 작은 영역(10nm 정도)을 포함하기 때문에 빠른 시간 내에 지우는 것이 매우 어렵다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로써, 기록매체에 저장된 기록 데이터를 빠른 시간에 소거하는 캔틸레버 헤드를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 나노 정보 저장장치의 헤더는 기록 소거를 위한 소거용 탐침; 상기 탐침을 가열하는 소거용 저항히터; 상기 저항히터에 전기를 공급하는 소거용 전기신호전달부 및 상기 탐침이 기록매체상 소정의 소거위치에 고정되도록 하는 소거용 캔틸레버 다리를 포함하는 정보 소거용 캔틸레버를 포함한다.
본 발명에서 상기 소거용 탐침의 트랙 방향의 길이 Te 는 비트 길이보다는 크고, 트랙 피치보다는 작은 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 소거용 탐침의 비트 방향의 길이 Be 는 비트 폭보다는 크고, 비트 피치보다는 작은 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한 다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5a는 열-기계 방식의 캔틸레버를 이용해서 정보를 기록한 결과를 나타낸 것이고, 도 5b는 그 단면을 도시한 것이며, 도 5c는 각 부분에 대한 정의를 한 것이다.
도 5b를 참조하면, 미디어가 움푹 들어가 있는 영역(도 5b에서 1번과 2번)에 정보를 기록한 부분이다. 상기 기록 부분의 주위에는 불룩하게 범프(300)가 형성되는데 범프 때문에 데이터 비트 사이의 거리를 아주 가깝게 가져갈 수 없고 일정하게 유지해야 한다. 도 5c를 참조하면, 캔틸레버가 정보를 읽는 방향으로 비트와 비트 사이의 거리를 비트 피치(BP)라고 하고, 읽는 방향의 수직방향으로 비트와 비트 사이의 거리를 트랙 피치(TP)라고 한다(도 5c). 그리고 편의상 비트의 크기를 도 5c와 같이 비트 폭과 비트 길이로 나타내었다. 아울러 설명을 용이하게 하기 위해 도 5a에는 비트와 범프를 그림으로 도시하여 나타내었다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기록/재생용 캔틸레버를 도시한 것이다.
상기 실시예에서, 기록/재생용 캔틸레버는 일반적으로 사용하는 캔틸레버와 거의 유사한 구조로써, 당업자에게 있어서 이미 공지의 구성요소이므로 그 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 소거용 캔틸레버를 도시한 것이다.
상기 실시예에서, 소거용 캔틸레버는 소거용 캔틸레버 다리(201), 소거용 전기신호 전달부(205), 소거용 히터 플랫폼(204), 소거용 히터(203), 소거용 탐침(202)를 포함한다.
상기 실시예는, 기록매체에 저장된 데이터를 소거하는 소거용 캔틸레버의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6b를 참조하면, 두 개의 소거용 캔틸레버 다리 상부 각각에는 소거용 전기신호 전달부(205)가 구비된다. 상기 소거용 전기신호 전달부(205)의 일단은 전기신호가 제공되는 곳에 연결되고(도면 미도시) 타단은 소거용 히터 플랫폼(204)에 연결된다. 상기 소거용 히터 플랫폼(204)의 타단은 소거용 히터(203)와 연결된다. 즉, 상기 소거용 전기신호 전달부(205)에 의해 입력된 전기신호는 상기 소거용 히터 플랫폼(204)을 거쳐서, 상기 소거용 히터(203)로 입력된다.
상기 소거용 캔틸레버 다리중 상부에 소거용 히터(203)가 구비된 부분의 직하부에는 소거용 탐침(202)이 구비된다. 상기 소거용 탐침(202)은 상기 캔틸레버 다리를 관통하여 상기 소거용 히터(203)와 연결된다. 상기 소거용 탐침(202)은 특정한 길이(Te)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 소거용 캔틸레버 다리(201)는 기록매체상에서 소거를 필요로 하는 부분의 상부에 안착되도록 상기 소거용 탐침(202)을 고정한다. 상기 소거용 캔틸레버 다리(201)는 도 6b에 도시된 바와 같이 일반적으로 사용하는 루프형의 다리를 사용 하는 것이 바람직하나, 부피나 공간의 효율을 위해 당업자에게 있어 용이한 모양의 변경 가능함은 당연하다.
상기 소거용 캔틸레버 다리(201)는 상기 소거용 히터(203)에 전기를 제공한다. 상기 공급된 전기신호는 상기 소거용 히터 플랫폼(204)을 거쳐 상기 소거용 히터(203)에 제공된다. 상기 전기신호를 공급받은 소거용 히터(203)는 상기 전기신호에 비례하여 열을 발생한다. 상기 발생한 열은 상기 소거용 탐침(202)을 가열하고 상기 가열된 소거용 탐침(202)은 기록매체를 녹여 저장된 부분을 메움으로써 기록된 데이터를 삭제한다. 보다 자세한 기록 데이터 삭제방법에 대해서는 이하 상술하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기록 데이터 소거방법을 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 기록된 데이터를 소거하는 방법은 기본적으로 정보를 기록하는 절차와 동일하다. 상기 기록 데이터는 도 6b에 도시된 캔틸레버를 이용하여 삭제하는데, 이때 전기신호를 소거용 전기신호 전달부(205)에 인가하면 소거용 히터(203)가 가열되고, 상기 가열된 소거용 히터에 의한 열이 탐침(202)에 전달되어 탐침과 접촉된 미디어 영역에서 온도가 올라간다. 이때, 기록된 비트 주위의 범프가 온도가 올라감에 비트의 홈이 채워진다. 도 7에서 탐침의 길이가 비트의 길이보다 길게 되면 보다 효과적으로 정보를 삭제할 수 있다. 그러므로 탐침의 길이는 다음과 같은 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
비트 길이 < Te < 트랙 피치
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기록/재생용 캔틸레버와 소거용 캔틸레버가 하나의 캔틸레버 헤더에 구비된 상태를 나타낸 저면도이다.
상기 실시예에서, 캔틸래버 헤더는 하나의 기록/재생용 캔틸레버와 하나의 소거용 캔틸레버를 구비한다.
도 8a를 참조하면, 상기 기록/재생용 캔틸레버(100)와 상기 소거용 캔틸레버(200)은 도 6a 및 6b에서 도시한 바와는 다르게 하나의 캔틸레버 다리를 구비한다. 상기 각각의 캔틸레버 다리의 모서리 부분에는 전기신호 공급부(105, 205)가 형성되고, 상기 전기신호 공급부(105, 205)의 일단에는 도 6a 및 도 6b와 마찬가지로 히터 플랫폼(104) 및 히터(103)가 구비된다. 도 8a에서 도시된 캔틸레버 헤드에 구비된 소거용 탐침(202)의 크기는 길이방향으로 Te의 크기를 가진다. 정보 삭제용 캔틸레버(201)의 탐침은 정보를 쉽게 지울 수 있게 길이를 기록/재생용 캔틸레버 탐침보다 길이방향으로 크게 설계하는 것이 바람직하다. 따라서, 비트의 크기보다는 크고 트랙 피치보다는 작게 설계하는 것이 바람직하다. 상기 기록/재생용 캔틸레버와 소거용 캔틸레버에는 각각 신호가 인가될 수도 있으나, 본 발명에서는 구성상 간소화하기 위해서 도 8a 및 도 8b에서와 같이 각 전기신호 전달부의 한 전극을 공통으로 사용하는 것도 바람직하다.
도 8b는 상기 도 8a의 캔틸레버 헤드와 그 구성이 동일하나 다만, 소거용 탐침(302)의 크기만이 차이가 있다. 데이터 삭제용 탐침을 트랙방향으로 Te 그리고 비트 방향으로 Be 만큼 가지게 설계한 것이다. 데이터 삭제용 탐침 폭(Be)과 길이 (Te)의 조건은 다음의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
비트 폭 < Be < 비트 피치, 비트 길이 < Te < 트랙 피치
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 원자현미경(AFM)방식의 나노 정보 저장장치에서 헤더에 정보를 삭제할 수 있는 장치를 각 캔틸레버마다 두는 경우로, 정보 삭제를 빠른 시간 내에 할 수 있고, 그리고 균일하게 삭제 가능하므로 이후 미디어에서 발생되는 노이즈를 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 나노 정보 저장장치의 헤더에 있어서,
    기록 소거를 위한 소거용 탐침; 상기 탐침을 가열하는 소거용 저항히터; 상기 저항히터에 전기를 공급하는 소거용 전기신호전달부 및 상기 탐침이 기록매체상 소정의 소거위치에 고정되도록 하는 소거용 캔틸레버 다리를 포함하는 정보 소거용 캔틸레버를 포함하는 나노 정보 저장장치의 헤더.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 소거용 탐침의 트랙 방향의 길이 Te 는 하기의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 정보 소거용 캔틸레버를 포함하는 나노 정보 저장장치의 헤더.
    비트 길이 < Te < 트랙 피치
  3. 제 2항에 있어서, 상기 소거용 탐침의 비트 방향의 길이 Be 는 하기의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 정보 소거용 캔틸레버를 포함하는 나노 정보 저장장치의 헤더.
    비트 폭 < Be < 비트 피치
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