KR100657947B1

KR100657947B1 - 높은 감도와 분해능을 갖는 전계 재생헤드(프로브) 및 그구동 방법

Info

Publication number: KR100657947B1
Application number: KR1020050009740A
Authority: KR
Inventors: 김용수; 최재학; 이주
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-12-14
Also published as: EP1688939A2; EP1688939A3; CN100447572C; JP2006216217A; CN1815242A; KR20060088778A; JP4295285B2; US20060187582A1

Abstract

높은 감도와 분해능을 갖는 전계 재생헤드 및 그 구동 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 발명은 소정의 기록 매체에 데이터를 기록하고, 상기 기록 매체에 기록된 데이터를 읽는데 사용되는 코어부와, 상기 코어부와 전원을 연결하는 전극패드를 구비하는 전계 재생헤드에 있어서, 상기 코어부는 상기 기록매체와 대향하는 면이 평면이고, 그 측면은 상기 평면과 수직한 구조를 가지며, 상기 전극패드는 상기 코어부에 부착된 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드를 제공하고, 데이터를 읽는 과정에서 이러한 전계 재생헤드의 구동 방법을 제공한다.

Description

높은 감도와 분해능을 갖는 전계 재생헤드(프로브) 및 그 구동 방법{Electrical Read Head(Probe) having high sensitivity and resolution power and method of operating the same}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전계 재생헤드를 구현하는데 사용한 전계 재생헤드 모델과 기록 매체의 단면도이다.

도 2는 도 1의 전계 재생헤드 모델의 분극각(θp) 및 전계 재생헤드 각(θr)에 따른 재생 전압 변화를 나타낸 입체 그래프이다.

도 3은 분극각(θp) 및 전계 재생헤드 각(θr)에 따른 도 1의 전계 재생헤드 모델에 대한 등 재생 전압선의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 4는 도 1의 전계 재생헤드 모델에 대한 측정 결과를 적용한 본 발명의 실시예에 의한 전계 재생헤드와 기록 매체의 단면도이다.

도 5 및 도 6은 도 4에 도시한 전계 재생헤드의 평면도이다.

도 7은 도 4의 전계 재생헤드에서 분리된 코어부와 함께 코어부에 대한 전극패드의 위치를 보여주는 정면도이다

도 8은 데이터를 읽는 과정에서 본 발명의 제1 실시예에 의한 전계 재생헤드 구동 방법을 나타낸 단면도이다.

도 9는 데이터를 읽는 과정에서 차폐막이 그라운드 된 경우에 차폐막의 폭 (Xs)과 차폐막과 코어부(44)사이의 거리(Xd)에 따른 재생 전압의 변화를 나타낸 입체 그래프이다.

도 10은 데이터를 읽는 과정에서 차폐막이 그라운드 된 경우에 차폐막의 폭(Xs)과 코어부의 폭(Xp)에 따른 재생 전압의 변화를 나타낸 입체 그래프이다.

도 11은 차폐막의 폭(Xs) 및 차폐막과 코어부사이의 거리(Xd)를 변수로 하는 등 재생 전압선의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 12는 차폐막의 폭(Xs) 및 코어부의 폭(Xp)을 변수로 하는 등 재생 전압선의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 13은 본 발명의 전계 재생헤드가 도 8에 도시한 바와 같이 사용될 때, 차폐막과 코어부사이의 거리와 코어부의 폭(Xp)의 변화에 따른 재생 전압의 변화를 나타낸 입체 그래프이다.

도 14는 도 13의 결과를 등 재생 전압선의 변화로 나타낸 그래프이다.

도 15는 데이터를 읽는 과정에서 본 발명의 제2 실시예에 의한 전계 재생헤드 구동 방법을 나타낸 단면도이다.

도 16 내지 도 21은 본 발명의 전계 재생헤드가 도 15에 도시한 바와 같이 사용될 때, 차폐막과 코어부사이의 거리(Xd)와 코어부의 폭(Xp) 중 적어도 어느 하나와 차폐막의 폭(Xs)의 변화에 따른 재생 전압의 변화 및 등 재생 전압선의 변화를 나타낸 그래프들이다.

도 22 내지 도 24는 차폐막의 폭(Xs)이 50nm 정도이고, 차폐막과 코어부사이의 거리(Xd)가 10nm정도이며, 코어부의 폭(Xp)이 50nm 정도일 때, 기록매체가 100nm 정도 이동하는 동안 출력되는 재생 전압을 보이는 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 42:기록 매체 12, 54:도전막

14:전계 재생헤드 모델 S:전계 재생헤드 모델의 기록매체 대향 면

40:전계 재생헤드 44:코어부

44a:도체 영역 44b:부도체 영역

46, 48:제1 및 제2 절연막 50, 52:제1 및 제2 차폐막

60, 62:제1 및 제2 전극패드 64:전원

Xp:코어부 폭 Xs:차폐막 폭

Xd:코어부와 차폐막사이의 거리

1. 발명의 분야

본 발명은 측정장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 높은 감도와 분해능을 갖는 전계 재생헤드 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

2. 관련 기술의 설명

전계 재생헤드 방식을 이용한 데이터의 기록 및 읽기의 관건은 전계 재생헤드의 감도와 분해능을 높이는데 있다. 탐침(Probe) 방식의 래코딩(recording)에서 기록 밀도를 높이기 위해서는 기록 매체의 작은 영역의 분극(polarization)도 감지할 수 있는, 분해능이 높은 재생 헤드(head)가 필요하다. 또한, 감도를 높이기 위해서는 기록 매체의 작은 분극 변화에도 저항 변화 혹은 전압 변화가 큰 재생 헤드가 필요하다.

이러한 용도로 현재까지 다양한 전계 재생헤드가 소개되었고, 그 중에서 FET(Field Effect Transistor) 프로브형 재생헤드, 저항 프로브(resistive probe) 형 재생헤드, EFM 프로브형 재생헤드 등이 널리 사용되고 있다.

그러나 이러한 재생헤드들은 웨이퍼의 소정 영역에 도핑된 불순물의 농도와 같은 물리량의 측정에는 적합하나, 이들 재생헤드의 감도와 분해능은 데이터를 고밀도로 기록하는데, 또한 고밀도로 기록된 데이터를 읽는데 사용할 수 있을 만큼 높지 않다. 따라서 현재까지 소개된 이들 재생헤드들을 사용하여 기록매체에 데이터를 기록하거나 기록매체로부터 데이터를 읽는데는 어려움이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 감도를 높여 신호대 잡음비(SNR)를 높이고, 분해능 또한 높일 수 있는 전계 재생헤드를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 데이터를 기록하고 읽는데 있어서의 상기 전계 재생헤드의 구동 방법을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 소정의 기록 매체에 데이터를 기록하고, 상기 기록 매체에 기록된 데이터를 읽는데 사용되는 코어부와, 상기 코어부와 전원을 연결하는 전극패드를 구비하는 전계 재생헤드에 있어서, 상기 코어부는 상기 기록매체와 대향하는 면이 평면이고, 측면은 이 면과 수직한 구조를 갖는 특징으로 하는 전계 재생헤드를 제공한다.

상기 전계 재생헤드는 상기 코어부의 양 측면과 상기 전극패드를 덮는 절연막; 및 상기 절연막의 측면을 덮는 차폐막을 더 포함할 수 있다.

상기 코어부는 부도체 영역과 도체 영역을 포함할 수 있다.

상기 코어부는 순수 반도체 층일 수 있다. 상기 도체 영역은 상기 순수 반도체 층의 도전성 불순물이 도핑된 영역일 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 코어부, 상기 코어부와 전원을 연결하는 전극패드, 상기 코어부의 양 측면과 상기 전극패드를 덮는 절연막 및 상기 절연막의 측면을 덮는 차폐막을 포함하는 전계 재생헤드를 이용하여 밑면에 도전막이 부착된 기록매체로부터 데이터를 읽어 내는 과정에서 상기 차폐막을 그라운드시키는 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드 구동 방법을 제공한다.

이러한 구동 방법에서 상기 도전막을 함께 그라운드시킬 수 있다.

상기 구동 방법에서 상기 코어부는 상기한 바와 같을 수 있다.

이러한 본 발명을 이용하면, 전계 재생헤드의 분해능과 감도를 동시에 높일 수 있으므로, 기록매체의 트랙밀도, 곧 TPI(Track Per Inch)를 높이면서 신호대 잡음비도 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 전계 재생헤드 및 그 구동 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.

도 1은 본 발명이 저항성 재생헤드를 얻는데 사용한 저항성 재생헤드 모델을 보여준다. 도 1에서 참조번호 10은 기록 매체를, 12는 기록매체(10)의 밑면에 위치한 도전층을 나타낸다. 그리고 참조번호 14는 재생헤드 모델을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 재생헤드 모델(14)은 종래의 저항성 재생헤드의 형상을 하고 있다. 그러나 재생헤드 모델(14)의 경우, 종래의 저항성 재생헤드의 팁 끝에 해당하는 부분에 소정의 폭을 갖는 면(S)이 존재한다. 이 면(S)은 기록매체(10)와 마주하고, 기록매체(10)와 재생헤드 모델(14)사이의 거리라 함은 기록매체(10)와 상기 면(S)사이의 거리를 말한다. 기록매체(10)에 표시된 수직 화살표는 해당 도메인 영역의 잔류 분극 반향을 나타낸다. 재생헤드 모델(14)과 관련해서 참조부호 θp는 재생헤드 모델(14)의 경사면(14s)과 재생헤드 모델(14)의 분극사이의 각(이하, 분극각)을 나타낸다. 또한, 참조부호 θr은 재생헤드 모델(14)의 기록매체(10)와 마주하는 면(S)과 재생헤드 모델(14)의 경사면(14s)사이의 각(이하, 재생헤드 각)을 나타낸다. 분극각(θp)과 재생헤드 각(θr)은 본 발명의 재생헤드를 설계하는데 중요한 변수가 된다.

도 2 및 도 3은 모두 도 1에 도시한 재생헤드 모델(14)의 변수들, 곧 분극각(θp)과 재생헤드 각(θr)에 따라 재생헤드의 모델(14)의 재생 전압의 변화를 보여준다. 상기 재생 전압이라 함은 기록매체(10)의 분극 상태에 따라 재생헤드 모델(14)에 발생되는 전위차를 의미한다.

도 2는 재생헤드 모델(14)의 재생 전압 변화를 입체적으로 보인 것이고, 도 3 은 등 재생 전압선을 이용하여 재생헤드 모델(14)의 재생 전압 변화를 보인 것이 다

도 2 및 도 3을 참조하면, 분극각(θp)이 작을 수록, 재생헤드 각(θr)이 클 수록 재생 전압이 커진다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 분극각(θp)은 작고 재생헤드 각(θr)이 큰 재생헤드에서 재생 전압이 가장 크다는 것을 의미한다.

도 4는 위의 결과를 적용하여 만든 본 발명의 실시예에 의한 전계 재생헤드의 단면을 보여준다. 도 4에서 전계 재생헤드(40)는 편의 상 다소 크게 도시하였다.

도 4를 참조하면, 전계 재생헤드(40)는 기록 매체(42)에 데이터를 기록하거나 기록매체(42)로부터 데이터를 읽어내는데 사용되는 코어부(core portion, 44)와 코어부(44)의 양 측면을 덮는 제1 및 제2 절연막(46, 48), 제1 절연막(46)의 측면을 덮는 제1 차폐막(50), 제2 절연막(48)의 측면을 덮는 제2 차폐막(52)을 포함한다. 참조번호 54는 기록매체(42) 밑면이 부착된 도전막을 나타낸다. 제1 및 제2 절연막(46, 48)은, 예를 들면 실리콘 산화막일 수 있다. 그리고 제1 및 제2 차폐막(50, 52)은 소정의 도전막일 수 있다. 코어부(44)는 반도체 층으로써, 전기적으로 부도체인 영역(44b)과 도체인 영역(44a)을 포함한다. 도체 영역(44a)은 순수 반도체 층에 소정의 도전성 불순물이 도핑된 영역이며 기록매체(42)와 마주하여 기록매체(42)의 분극 상태에 따라 저항이 변화하는 영역이다. 부도체 영역(44b)은 상기 반도체 층의 상기 도전성 불순물이 도핑되지 않은 영역이다.

도 5는 도 4의 전계 재생헤드(40)를 위에서 본 평면도이다. 도 4의 전계 재생헤드(40)는 도 5를 4-4 방향으로 절개한 것이다. 도 5를 참조하면, 코어부(44)의 양단에 제1 및 제2 전극패드(60, 62)가 구비된 것을 알 수 있다. 제1 및 제2 전극패드(60, 62)는 전원(64)에 연결되어 있다. 제1 및 제2 전극패드(60, 62)는 도 6에 도시한 바와 같이, 코어부(44)와 제2 절연막(48)사이에 이격되게 구비될 수도 있다. 이외에도 제1 및 제2 전극패드(60, 62)가 구비될 수 있는 위치는 다양하다.

도 7은 도 6의 전계 재생헤드(40)에서 분리한 코어부(44)를 보여준다. 도 6과 도 7을 함께 참조하면, 제1 및 제2 전극패드(60, 62)는 도체영역(44a)에서 부도체 영역(44b)으로 구비된 것을 알 수 있고, 전원(64)은 이러한 제1 및 제2 전극패드(60, 62)를 통해 도체영역(44a)의 양단에 인가되는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 전계 재생헤드(40)를 이용하여 기록매체(40)에 기록된 데이터를 읽을 때는 감도를 높이기 위하여 도 8에 도시한 바와 같이, 전계 재생헤드(40)의 제1 및 제2 차폐막(50, 52)을 그라운드(ground)시키거나(이하, 제1 경우라 함), 도 15에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 차폐막(50, 52)과 함께 기록매체(42)의 밑면에 부착된 도전막(54)도 그라운드 시킬 수 있다(이하, 제2 경우라 함).

도 9는 상기 제1 경우에서 차폐막(50, 52)의 폭(Xs)과 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리(Xd)에 따른 재생 전압의 변화를 보여준다. 그리고 도 10은 상기 제1 경우에서 차폐막(50, 52)의 폭(Xs)과 코어부(44)의 폭(Xp)에 따른 재생 전압의 변화를 보여준다.

또한, 도 9와 도 10을 참조하면, 재생 전압은 코어부(44)의 폭(Xp)이 작아질 때 증가하고, 또한 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리가 작아질 때도 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나 차폐막(50, 52)의 폭(Xs)의 변화와는 무관함을 알 수 있다. 도 11 및 도 12는 이러한 사실을 뒷받침한다. 곧, 도 11은 차폐막(50, 52)의 폭(Xs) 및 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리(Xd)를 변수로 하는 등 재생 전압선의 변화를 나타낸 것이고, 도 12는 차폐막(50, 52)의 폭(Xs) 및 코어부(44)의 폭(Xp)을 변수로 하는 등 재생전압선의 변화를 나타낸 것이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리(Xd)와 코어부(44)의 폭(Xp)이 변화하는 경우, 등 재생 전압선이 변화하는 반면, 차폐막(50, 52)의 폭(Xs)이 변화하는 경우, 등 재생 전압선은 변화하지 않는 바, 차폐막(50, 52)의 폭(Xs)이 변하더라도 재생 전압은 달라지지 않는 것을 알 수 있다.

도 13은 상기 제1 경우에서 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리와 코어부(44)의 폭(Xp)의 변화에 따른 재생 전압의 변화를 보여준다. 도 13을 참조하면, 재생 전압은 코어부(44)의 폭(Xp)과 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리가 작아질 때 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 도 9 및 도 10의 결과로부터 미루어 짐작할 수 있다.

도 14는 도 13의 결과를 등 재생 전압선의 변화로 보여준다.

도 14를 참조하면, 코어부(44)의 폭(Xp)과 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리(Xd)가 작아질 때, 등 재생 전압선의 재생 전압은 증가하는 것을 볼 수 있다.

도 11, 도 12 및 도 14에서 각 등 재생전압선 상에 적혀있는 수치는 해당 등 재생 전압선의 재생 전압 값을 나타낸다.

도 16 내지 도 21은 상기 제2 경우에서 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리(Xd)와 코어부(44)의 폭(Xp) 중 적어도 어느 하나와 차폐막(50, 52)의 폭(Xs) 의 변화에 따른 재생 전압의 변화 및 등 재생 전압선의 변화를 나타낸 것으로써, 각도는 재생 전압의 수치가 좀 더 증가한다는 사실만 다를 뿐, 앞서 설명한 도 9 내지 도 14와 동일한 설명이 적용된다. 따라서 도 16 내지 도 21에 대한 설명은 생략한다.

한편, 제1 및 제2 차폐막(50, 52)이 구비되지 않은 경우, 곧 코어부(44)만 구비된 경우의 재생 전압 변화와 등 재생 전압선은 도 2 및 도 3과 동일하다.

도 22 내지 도 24는 차폐막(50, 52)의 폭(Xs)이 50nm 정도이고, 차폐막(50, 52)과 코어부(44)사이의 거리(Xd)가 10nm정도이며, 코어부(44)의 폭(Xp)이 50nm 정도일 때, 기록매체(42)가 100nm 정도 이동하는 동안 출력되는 재생 전압을 보여준다.

도 22는 차폐막(50, 52)이 없을 때이고, 도 23 및 도 24는 제1 및 제2 차폐막(50, 52)이 구비된 경우로써, 각각 상기 제1 및 제2 경우일 때이다.

도 22를 참조하면, 차폐막(50, 52)이 없을 경우에 출력되는 재생전압은 8V에 조금 미치지 못함을 알 수 있다. 그리고 도 23을 참조하면, 상기 제1 경우에 출력되는 재생 전압은 40V를 조금 넘는 것을 알 수 있다. 또한, 도 24를 참조하면, 상기 제2 경우에 출력되는 재생 전압은 55V는 넘고 60V에 조금 못 미친다는 것을 알 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 다양한 재질 로 코어부를 구성할 수도 있고, 코어부의 기록 매체와 대향하는 면은 평면으로 유지하면서 차폐막 등은 다른 형태로 구성할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전계 재생헤드는 기록매체와 마주하는 부분이 종래의 탐침 구조가 아닌 평면 구조를 갖는다. 이와 같은 본 발명의 전계 재생헤드는 실제 데이터를 기록하고 읽는데 사용되는 코어부의 폭이 얇을 수록, 또한 코어부와 차폐막사이의 거리가 좁을 수록 재생 전압이 증가한다. 이것은 곧 분해능과 감도를 동시에 높일 수 있음을 의미한다. 따라서 본 발명을 이용하면, 기록매체의 트랙밀도, 곧 TPI(Track Per Inch)를 높이면서 신호대 잡음비도 높일 수 있다.

Claims

기록 매체에 데이터를 기록하고, 상기 기록 매체에 기록된 데이터를 읽는데 사용되는 코어부와, 상기 코어부와 전원을 연결하는 전극패드를 구비하는 전계 재생헤드에 있어서,

상기 코어부는 상기 기록매체와 대향하는 면이 평면이고, 그 측면은 상기 평면과 수직한 구조를 가지며, 상기 전극패드는 상기 코어부에 부착된 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드.
제 1 항에 있어서, 상기 코어부의 양 측면과 상기 전극패드를 덮는 절연막; 및 상기 절연막의 측면을 덮는 차폐막이 더 구비된 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드.
제 1 항에 있어서, 상기 코어부는 부도체 영역과 도체 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드.
제 2 항에 있어서, 상기 코어부는 부도체 영역과 도체 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드.
제 1 항에 있어서, 상기 코어부는 순수 반도체 층인 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 도체 영역은 도전성 불순물이 도핑된 영역인 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드.
코어부, 상기 코어부와 전원을 연결하는 전극패드, 상기 코어부의 양 측면과 상기 전극패드를 덮는 절연막 및 상기 절연막의 측면을 덮는 차폐막을 포함하는 전계 재생헤드를 이용하여 밑면에 도전막이 부착된 기록매체로부터 데이터를 읽어 내는 과정에서 상기 차폐막을 그라운드시키는 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드 구동 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 도전막을 함께 그라운드시키는 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드 구동 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 코어부는 상기 기록매체와 대향하는 면이 평면이고, 측면은 이 면과 수직한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드 구동 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 코어부는 부도체 영역과 도체 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 재생헤드 구동 방법.