KR100644887B1 - Heat Assisted Data Writing Apparatus for SPM Data Storage and Writing Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치 및 그 정보 기록방법에 관한 것으로써, 복수개의 캔틸레버 어레이와 Z-축 센서를 구비하는 나노정보 저장장치 헤더와, 정보가 기록되는 미디어 및 상기 미디어를 소정의 방향으로 이동시키는 스캐너를 포함하며, 상기 미디어에는 상기 캔틸레버의 갯수만큼 섹터가 분할되고, 상기 각 섹터는 정보를 기록하는 정보기록부, 상기 정보기록부를 가열하는 가열부 및 상기 정보기록부와 상기 가열부를 지지하는 지지기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a nano-information storage device using a heat assist device and a method for recording the information. The present invention relates to a nano-information storage device header including a plurality of cantilever arrays and a Z-axis sensor, a medium on which information is recorded, and a media. And a scanner for moving in a predetermined direction, wherein the media is divided into sectors by the number of the cantilevers, and each sector includes an information recording unit for recording information, a heating unit for heating the information recording unit, and the information recording unit and the heating unit. It characterized in that it comprises a support substrate for supporting the portion.
또한, 본 발명의 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치에 정보기록 방법은 a) 정보를 기록한다는 명령을 받아서 미디어의 해당 섹터를 선택하고 상기 선택된 섹터를 가열하는 단계; b) 상기 가열된 섹터의 온도가 소정의 온도에 도달하였는지를 검출하는 단계; 및 c) 캔틸레버 히터에 정보를 인가하여 미디어에 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the information recording method in the nano-information storage device using the heat assist device of the present invention comprises the steps of: a) receiving a command to record information, selecting a corresponding sector of the media and heating the selected sector; b) detecting whether the temperature of the heated sector has reached a predetermined temperature; And c) applying information to the cantilever heater to record on the media.
SPM, AFM, 나노정보, 저장장치, 캔틸레버SPM, AFM, Nano information, Storage, Cantilever
Description
도 1은 원자간력 현미경의 구성도이다.1 is a block diagram of an atomic force microscope.
도 2는 일반적인 나노정보 저장장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a general nano information storage device.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미디어의 평면도이다.3A is a plan view of media in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미디어 내 섹터의 단면도이다.3B is a cross-sectional view of a sector in media in accordance with one embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치의 단면도이다4 is a cross-sectional view of the nano-information storage device using the heat aid according to an embodiment of the present invention.
{도면의 주요부호에 대한 설명}{Description of major symbols in the drawing}
100 : 나노정보 저장장치 헤더 110 : 캔틸레버 어레이100: nano information storage header 110: cantilever array
112 : 캔틸레버 탐침 113 : 캔틸레버 히터112: cantilever probe 113: cantilever heater
120 : Z-축 센서 200 : 미디어120: Z-axis sensor 200: media
210 : 섹터 220 : 정보기록부210: Sector 220: Information Record
230 : 가열부 231 : 히터 센서230: heating unit 231: heater sensor
232 : 절연체 233 : 미디어 히터232: insulator 233: media heater
234 : 히터제어부 235 : 신호입력선234: heater control unit 235: signal input line
300 : 스캐너300: Scanner
본 발명은 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치 및 그 정보 기록방법에 관한 것으로써, 특히 SPM(Scanning Probe Microscopy) 나노정보 저장장치는 SPM에서 사용되는 캔틸레버 어레이를 이용하여 정보를 저장하는 장치로, 본 발명은 기록/재생할 정보를 미디어를 통해 입/출력 할 수 있는 SPM 나노정보 저장장치 및 그 정보 기록방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-information storage device using a heat assist device and a method for recording the information, in particular SPM (Scanning Probe Microscopy) nano-information storage device is a device for storing information using a cantilever array used in SPM, The present invention relates to an SPM nano-information storage device and an information recording method capable of inputting / outputting information to be recorded / reproduced through media.
도 1은 일반적인 원자간력 현미경의 구성도이다. 1 is a block diagram of a general atomic force microscope.
도 1을 참조하면, 원자간력 현미경에서는 텅스텐으로 만든 바늘 대신에 마이크로머시닝으로 제조된 캔틸레버(Cantilever)라고 불리는 작은 막대를 쓴다. 상기 캔틸레버는 길이가 100mm, 폭 10mm, 두께 1mm 로써 아주 작아 미세한 힘에 의해서도 아래위로 쉽게 휘어지도록 만들어졌다. 또한, 캔틸레버끝 부분에는 뾰족한 바늘이 달려 있으며, 이 바늘의 끝은 STM 의 탐침처럼 원자 몇 개 정도의 크기로 매우 첨예하다. 이 탐침을 시료 표면에 접근시키면 탐침 끝의 원자와 시료표면의 원자 사이에 서로의 간격에 따라 끌어당기거나(인력) 밀치는 힘(척력)이 작용한다.Referring to FIG. 1, an atomic force microscope uses a small rod called a cantilever manufactured by micromachining instead of a tungsten needle. The cantilever is 100 mm long, 10 mm wide, and 1 mm thick, so small that it can be easily bent up and down by fine force. The tip of the cantilever also has a pointed needle, which is very sharp, with the size of a few atoms like the STM probe. When the probe approaches the sample surface, a force (pulling force) or a pushing force (repulsive force) is applied between the atoms at the tip of the probe and the atoms at the sample surface according to the distance between them.
접촉모드의 원자간력 현미경에서는 척력을 사용하는데 그 힘의 크기는 1-10 nN 정도로 아주 미세하지만 캔틸레버 역시 아주 민감하므로 그 힘에 의해 휘어진다. 이 캔틸레버가 아래위로 휘는 것을 측정하기 위하여 레이저 광선을 캔틸레버에 비추고 캔틸레버 윗면에서 반사된 광선의 각도를 포토다이오드(Photodiode)를 사용하여 측정한다. 이렇게 하면 바늘 끝이 0.01nm 정도로 미세하게 움직이는 것까지 측정해낼 수 있다. 바늘 끝의 움직임을 구동기에 역되먹임(feedback)하여 원자간력 현미경의 캔틸레버가 일정하게 휘도록 유지시키면 탐침 끝과 시료사이의 간격도 일정해지므로 시료의 형상을 측정해낼 수 있다. In atomic force microscopy in contact mode, repulsive force is used. 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. 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 top of the cantilever is measured using a photodiode. This will measure the needle tip as fine as 0.01 nm. If the tip of the needle is fed back to the actuator and the cantilever of the atomic force microscope is bent constantly, the distance between the tip of the probe and the sample becomes constant so that the shape of the sample can be measured.
이 원자간력 현미경의 원리는 현재 나노-노광장치 및 데이터 저장장치 등에도 적용되고 있다. The principle of atomic force microscopy now applies to nano-exposures and data storage devices.
그러나, 레이저와 포토다이오드를 이용한 감지 장치는 복잡하고 정교한 장치를 필요로 하기 때문에, 캔틸레버에 압전저항형 센서를 집적하여 감지하는 장치를 사용하는 방법이 제안되었다(US005386720A, US005266801A). 이러한 압전저항형 센서(piezoresistor)를 내장한 캔틸레버기술은 포토다이오드 보다 제작이 용이하고 간단하여 캔틸레버를 이용한 데이터 저장장치의 가능성을 열어 놓았다. However, since a sensing device using a laser and a photodiode requires a complicated and sophisticated device, a method of integrating and detecting a piezo-resistive sensor on a cantilever has been proposed (US005386720A, US005266801A). Cantilever technology, which incorporates such piezoresistors, is easier and simpler to fabricate than photodiodes, opening the possibility of data storage using cantilevers.
SPM 나노정보 저장장치에서 정보를 센싱하여 읽기 동작을 수행하고, 쓰기 동작을 수행하는 캔틸레버 어레이를 SPM 나노정보 저장장치 헤더라고 한다. A cantilever array that senses information in the SPM nano information storage device to perform a read operation and performs a write operation is called a SPM nano information storage header.
SPM 나노정보 저장장치는 여러 가지 종류의 기록/재생방법이 있을 수 있는데, 본 발명에서는 캔틸레버에 집적된 히터로 팁을 가열하고, 가열된 팁을 통해, 미디어를 유리-전이온도 이상으로 가열해서 물리적인 홈(indentation)을 형성하여 기록하는 방법을 적용한 IBM의 Millipede의 기록방법을 개선한 것이다. The SPM nano information storage device may have various types of recording / reproducing methods. In the present invention, the tip is heated by a heater integrated in the cantilever, and the heated tip is used to physically heat the media above the glass-transition temperature. It is an improvement of IBM's Millipede's recording method, which applies an indentation and recording method.
도 2를 참조하면, 이 장치는 기존에 나노정보 저장장치 헤더(100), 미디어(200), 그리고 x,y,(z)축으로 움직일 수 있는 스캐너(scanner)(300)로 구성된다. 나노정보 저장장치 헤더(100)는 n x m 개의 캔틸레버 어레이(110)와 z-축 센서(120)를 포함한다. 이러한 장치와 기록 방법에 대해서는 [The "Millipede" -Nanotechnology Entering Data Storage](IEEE TRANSACTIONS ON NANOTECHNOLOGY Vol. 1, No. 1 (2002) pp.39-55)에 자세하게 소개된다.Referring to FIG. 2, the device is conventionally composed of a nano
현재 Millipede에서 읽기 동작은 빠르게 수행 가능하지만, 쓰기 동작은 빠르게 할 수 없다는 단점이 있다. 이 Millipede의 경우 정보가 기록되는 미디어는 PMMA혹은 SU-8 등과 같이 폴리머를 사용한다. 일반적으로 폴리머와 같은 고분자는 그 분자가 너무나 커서 단독으로 뛰어다니기 전에, 즉 "매크로 브라운운동인 고분자의 전체 운동 전에, 국부적인 어떤 부분의 운동인 "마이크로 브라운 운동"이 일어나게 된다. 이때 무정형의 대표격인 유리 상태로 전환된다고 해서 이것을 "유리 전이온도"(Tg)라고 한다. 유리상태에 있는 물질의 물리적 성질이 변하는 특정 온도 범위 비열, 팽창율, 압축율 등의 물리적 성질만 변한다. 이러한 폴리머에 정보를 기록할 때, Millipede는 캔틸레버 팁에 내장되어 있는 저항성 히터를 이용하여 팁을 가열하고, 이 가열된 팁이 다시 PMMA(혹은 SU-8)의 미디어를 국부적으로 Tg이상 가열하면서 압력을 가하게 되는데, 이때 미디어는 물리적 변형을 일으켜 팁크기의 오목한 구멍이 생긴다. Currently, Millipede can read quickly but not write quickly. In the case of Millipede, information recording media uses polymers such as PMMA or SU-8. In general, polymers such as polymers are so large that their molecules run before themselves, that is, before the entire movement of a macro-brown polymer, the local movement of some part of the micro-brown movement occurs. The transition to the glass state is called the “glass transition temperature” (Tg) The specific temperature range in which the physical properties of the material in the glass state change only the physical properties such as specific heat, expansion rate, compression rate, etc. are recorded. At this time, Millipede uses a resistive heater built into the cantilever tip to heat the tip, which in turn pressurizes the PMMA (or SU-8) by heating the media locally at or above Tg. Physical deformation results in concave holes of tip size.
이와 같이 캔틸레버 헤더의 헤더만으로 쓰기 동작을 수행하기 위해 소요되는 시간은 대략적으로 히터와 팁을 가열하는데 걸리는 시간과 그 팁으로 동시에 미디 어를 Tg이상 가열하면서 쓰기 동작을 하는 시간이 소요되므로 시간으로 나눌 수 있는데, 이 시간이 매우 길어 빠른 쓰기 동작을 수행할 수 없다. As such, the time required to perform the write operation using only the header of the cantilever header is roughly the time required to heat the heater and the tip, and the time required for the write operation while heating the media more than Tg at the same time. This time is so long that fast write operations cannot be performed.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 쓰기 시간이 향상된 나노정보 저장장치 및 그 정보기록 방법을 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nano-information storage device and an information recording method thereof having improved write time, which are devised to solve the above problems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 열 보조장치를 이용한 나노 정보저장 장치는 복수개의 캔틸레버 어레이와 Z-축 센서를 구비하는 나노정보 저장장치 헤더와, 정보가 기록되는 미디어 및 상기 미디어를 소정의 방향으로 이동시키는 스캐너를 포함하며, 상기 미디어에는 상기 캔틸레버의 갯수만큼 섹터가 분할되고, 상기 각 섹터는 정보를 기록하는 정보기록부, 상기 정보기록부를 가열하는 가열부 및 상기 정보기록부와 상기 가열부를 지지하는 지지기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the nano-information storage device using the heat assist device of the present invention includes a nano-information storage device header including a plurality of cantilever arrays and a Z-axis sensor, a medium on which information is recorded, and the media. And a scanner for moving in the direction of the medium, wherein the media is divided into sectors by the number of the cantilevers, and each sector includes an information recording unit for recording information, a heating unit for heating the information recording unit, and the information recording unit and the heating unit. It characterized in that it comprises a supporting substrate for supporting.
본 발명에서 상기 가열부는 열을 발산하는 미디어 히터 및 상기 발산되는 열의 온도를 감지하는 히터센서를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the heating unit preferably comprises a media heater for dissipating heat and a heater sensor for sensing the temperature of the dissipated heat.
본 발명에서 상기 가열부는 상기 미디어에 형성된 각 섹터를 구분하기 위한 절연체를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the heating unit preferably further includes an insulator for distinguishing each sector formed in the media.
본 발명에서 상기 가열부는 상기 미디어 히터에서 발산되는 열의 온도를 상 기 히터센서로 검출하고, 상기 미디어 히터의 온도를 제어하는 히터제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the heating unit preferably detects the temperature of the heat emitted from the media heater by the heater sensor, and further comprises a heater control unit for controlling the temperature of the media heater.
본 발명에서 상기 히터제어부는 상기 정보기록부의 전이온도보다 일정하게 작도록 조정하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the heater control unit is adjusted to be constantly smaller than the transition temperature of the information recording unit.
본 발명의 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치에 정보기록 방법은 a) 정보를 기록한다는 명령을 받아서 미디어의 해당 섹터를 선택하고 상기 선택된 섹터를 가열하는 단계; b) 상기 가열된 섹터의 온도가 소정의 온도에 도달하였는지를 검출하는 단계; 및 c) 캔틸레버 히터에 정보를 인가하여 미디어에 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.An information recording method in a nano information storage device using a heat assist device of the present invention comprises the steps of: a) receiving a command to record information, selecting a corresponding sector of media and heating the selected sector; b) detecting whether the temperature of the heated sector has reached a predetermined temperature; And c) applying information to the cantilever heater to record on the media.
본 발명에서 상기 단계 b)에서 최종 도달온도는 상기 미디어의 전이 온도보다 낮은 것이 바람직하다.In the present invention, the final attained temperature in step b) is preferably lower than the transition temperature of the media.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미디어의 평면도 및 단면도를 나타낸 것으로써, 도 3a는 미디어의 평면도이며, 도 3b는 각 미디어의 일부분의 절단한 단면 도이다.3 is a plan view and a cross-sectional view of a media according to an embodiment of the present invention, FIG. 3A is a plan view of the media, and FIG. 3B is a cutaway cross-sectional view of a portion of each media.
상기 실시예에서, 미디어(200)는 소정의 섹터(210)로 구분이 되며, 상기 섹터(210)에는 정보기록부(220)와 가열부(230) 및 지지기판(240)을 포함한다.In the above embodiment, the
상기 실시예는, 상기 미디어(200)를 가열하는 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.The embodiment schematically shows an apparatus for heating the
도 3a를 참조하면, 상기 미디어(200)는 나노정보 저장장치 헤더(100)에 구비되는 켄틸레버의 갯수(n x m)만큼의 섹터(210)로 분할된다. 상기 섹터(210)에는 각각 자신의 신호입력선(235)을 가진다. 따라서, 하나의 열에 10개의 섹터가 구비된다고 가정하면 10개의 신호입력선이 필요하게 된다. 상기 신호입력선은 이후 서술될 히터제어장치와 연결된다.Referring to FIG. 3A, the
도 3b를 참조하면, 도 3a에서 도시된 상기 각각의 섹터(210)에 대한 A-A' 단면을 알 수 있다. 상기 각각의 섹터(210)에는 정보기록부(220)와 가열부(230) 및 지지기판(240)이 포함되며, 상기 가열부(230)는 히터센서(231) 및 미디어 히터(233)를 포함한다. 상기 각각의 섹터는 절연체(232)에 의해서 구획된다. 상기 정보기록부(220)는 일반적인 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 3B, a cross section A-A 'of each
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the nano-information storage device using the heat aid according to an embodiment of the present invention.
상기 실시예에서, 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치는 히터제어부(234)를 더 포함한다.In the above embodiment, the nano information storage device using the heat assist device further includes a
상기 실시예는, 상기 미디어 히터의 온도를 제어하는 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.The embodiment schematically shows an apparatus for controlling the temperature of the media heater.
도 4를 참조하면, 상기 열 보조장치를 이용한 나노정보 저장장치는 도 3b에서 설명한 구성에 히터제어부(234)를 더 포함한다. 상기 히터제어부(234)는 상기 미디어히터(233)와 상기 히터센서(231)와 연결된다.Referring to FIG. 4, the nano information storage device using the heat assist apparatus further includes a
일반적으로 캔틸레버 탐침(112)이 미디어에 접촉한 상태에서 캔틸레버 탐침을 캔틸레버 히터(113)로 가열하면 열은 캔틸레버 탐침(112)을 통해 미디어(200)로 빠져나가게 되는데, 이때 탐침의 온도와 미디어 온도가 국부적으로 동시에 올라가야 하므로 온도 상승속도가 매우 느리다. In general, when the
그러나 미디어(200)에 정보를 기록할 때, 미리 미디어(200)를 일정온도로 올려준다면 그만큼 정보 기록 시간을 절약할 수 있을 것이다. 이를 위해서 우선 정보를 기록한다는 명령을 받아서 미디어의 해당 섹터(210)를 선택하고, 상기 선택된 섹터(210)의 미디어 히터(233)를 구동시킨다. 이 때 히터센서(231)는 미디어 온도가 원하는 세팅온도 Tc(이 온도는 Tg보다 작아야 한다)에 도달하면 신호를 발생시켜 히터제어부(234)가 미디어 히터(233)에 전달하는 파워를 조절하도록 한다. 이와 동시에 캔틸레버 히터(113)에 정보를 인가('0'이면 히터를 가열하지 않고, '1'이면 히터를 가열한다)하여 미디어에 기록한다.However, when recording the information on the
즉, 나노정보 저장장치 헤더 각각의 캔틸레버(111)의 탐침에서 정보를 기록하기 위해 우선 정보를 기록하는 명령이 수행되면 제일 먼저 미디어 히터제어부(234)를 통해 미디어 히터(233)를 가열하여 상기 미디어(200)를 유리전이온도 보다 일정온도로 낮은 온도(미디어의 온도를 Tc, 이때 Tc < Tg 가 되도록 유지한다)가 되게 가열시킨다.That is, when a command for recording information is first performed in order to record information in the probes of the cantilevers 111 of each of the nano information storage headers, the
이때, 미디어 히터(233)로 캔틸레버 탐침(112)으로 쓰기동작을 수행하기 전에 미리 미디어를 Tg 이하로 가열해, 기존에 쓰기 동작을 수행하기 위해 소요되는 시간 중 미디어를 Tg이상 가열될 때 까지의 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있다. At this time, before the write operation is performed with the
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.As described above, it has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.
일반적으로 캔틸레버 탐침이 미디어에 접촉한 상태에서 캔틸레버 탐침을 캔틸레버 히터로 가열하면 열은 캔틸레버 탐침을 통해 미디어로 빠져나가게 되는데, 이때 탐침의 온도와 국부적인 미디어 온도가 동시에 올라가야 하므로 온도 상승속도가 매우 느리다. 그러나 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기록 속도를 보다 빠르게 구현할 수 있다. In general, if the cantilever probe is heated by the cantilever heater while the cantilever probe is in contact with the media, the heat is released to the media through the cantilever probe. slow. However, as described above, according to the present invention, the recording speed can be made faster.
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040071421A KR100644887B1 (en) | 2004-09-07 | 2004-09-07 | Heat Assisted Data Writing Apparatus for SPM Data Storage and Writing Method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
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KR (1) | KR100644887B1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08315434A (en) * | 1995-05-18 | 1996-11-29 | Canon Inc | Information processor |
JP2002056587A (en) | 2000-08-09 | 2002-02-22 | Tohoku Techno Arch Co Ltd | Head for high density recording and recording device |
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-
2004
- 2004-09-07 KR KR1020040071421A patent/KR100644887B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
15196893 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20060022562A (en) | 2006-03-10 |
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