KR101162729B1

KR101162729B1 - 전기장센서의 센싱감도향상방법, 전기장 센서를 채용한저장장치, 및 그 정보재생방법

Info

Publication number: KR101162729B1
Application number: KR1020070076432A
Authority: KR
Inventors: 전대영; 민동기; 고형수; 홍승범
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2012-07-05
Also published as: US7852738B2; JP2009032389A; US20090034405A1; CN101359493A; CN102760458A; KR20090012527A; CN101359493B

Abstract

본 발명의 저장장치는, 강유전성 기록매체와, 소오스 영역과 드레인 영역이 기록매체의 전기도메인의 분극전압에 의한 전기장의 세기에 따라 변하는 저항을 가지는 저항영역에 의하여 전기적으로 상호 연결된 전기장 센서와, 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 드레인 전압을 인가하는 전압인가부와, 드레인 영역과 전압인가부 사이에의 전기회로 상에 설치되는 하나 이상의 부성저항소자를 구비하며 드레인 영역과 부성저항소자 사이의 전압의 변화를 검출하여 재생신호를 얻는 재생신호검출부를 포함한다.

Description

전기장센서의 센싱감도향상방법, 전기장 센서를 채용한 저장장치, 및 그 정보재생방법{Method improving sensitivity of electric field detecting sensor, storage apparatus adopting electric field detecting sensor, and reading method thereof}

본 발명은 저장장치 및 그 정보재생방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기장 센서를 이용하여 강유전성 기록매체에 기록된 정보를 읽어들이는 저장장치 및 그 정보재생방법에 관한 것이다.

컴퓨터의 주저장장치로 주로 사용되는 HDD(Hard disk drive)는 기록매체를 회전시키면서 자기기록재생헤드를 이용하여 정보를 기록재생하는 장치이다. 즉, 자기장을 이용해서 자성기록매체에 제1방향 및 그의 역방향(이하, 제2방향이라 함)으로 자화된 다수의 자기도메인(magnetic domain)을 만들고, 제1방향으로 자화된 자기도메인을 데이터 '0'에, 제2방향으로 자화된 자기도메인을 데이터 '1'에 대응시킨다.

이러한 자기기록방식이 사용되는 HDD의 기록밀도는 최근 수십 년간 급격하게 증가하여, 수평자기기록방식의 HDD의 경우 100Gb/in2 정도의 기록밀도를 얻을 수 있고, 수직자기기록방식의 HDD의 경우 최대 500Gb/in2 정도의 기록밀도를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 그러나, 자기 기록재생헤드로는 강한 국부 자기장을 생성하기 어렵기 때문에 기록밀도를 높이는데 한계가 있다.

최근 자기장이 아닌 전계에 의해 데이터가 기록되는 강유전성 기록매체 및 그의 기록재생을 위한 전기장 센서에 대한 연구가 이루어지고 있다. 전계기록방식은 전계를 이용해서 강유전체 표면에 제1방향 및 그의 역방향(이하, 제2방향이라 함)으로 분극된 전기도메인(electric domain)들을 형성하고, 제1, 제2방향으로 분극된 전기도메인을 데이터 '0' 및 '1'에 각각 대응시키는 방식이다. 전기도메인의 분극 방향에 따라 그 위에 위치되는 전기장 센서의 저항이 달라지므로 헤드의 소오스전극과 드레인전극 사이에 흐르는 전류량이 달라지게 된다. 이 전류량의 변화를 검출함으로써 전기도메인에 쓰여진 정보를 판별할 수 있다. 전계기록재생방식에 의하면, 1Tb/in2 이상의 높은 기록 밀도를 얻을 수 있다.

전계기록재생헤드는 기록 시에는 기록매체에 분극을 유발하는 전계를 인가하며, 재생 시에는 기록매체의 전기도메인의 분극전압에 의한 전기장의 변화를 검출한다. 전계기록재생헤드는 재생시에는 전계 효과 트랜지스트 채널 구조를 갖는 전기장 센서로서 동작된다. 보다 효과적인 대용량의 저장장치를 구현하기 위하여는 전기장 센서의 센싱감도의 향상이 필수적이다.

본 발명은 상기한 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 전기장 센서의 센싱감도를 향상시키는 방법, 재생감도가 향상된 저장장치 및 그 정보재생방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 전기장 센서의 센싱감도향상방법은, 소오스 영역과 드레인 영역 및 상기 두 영역을 전기적으로 상호 연결하는 것으로서 전기장의 세기에 따라서 변하는 저항을 가지는 저항영역을 구비하여 상기 저항영역을 통과하여 흐르는 드레인 전류의 변화를 측정하여 전기장의 변화를 검출하는 전기장 센서의 센싱감도향상방법으로서, 상기 드레인 전류를 하나 이상의 부성저항소자로 흐르게 하고, 상기 드레인 영역과 상기 부성저항소자 사이의 전압의 변화를 검출하여 전기장의 변화를 검출하는 특징으로 한다.

일 실시예로서, 상기 부성저항소자로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 터널 다이오드를 채용할 수 있다. 상기 복수의 터널 다이오드는 그 부하선의 부성저항영역이 상기 전기장 센서의 상기 드레인 전압에 대한 드레인 전류 특성곡선의 선형영역의 기울기와 비슷한 기울기를 가지며 상기 부성저항영역과 상기 선형영역이 서로 교차되도록, 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 저장장치는, 강유전성 기록매체; 소오스 영역, 드레인 영역, 및 상기 두 영역을 전기적으로 상호 연결하는 것으 로서 상기 기록매체의 전기도메인의 분극전압에 의한 전기장의 세기에 따라서 변하는 저항을 가지는 저항영역을 구비하는 전기장 센서; 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 드레인 전압을 인가하는 전압인가부; 상기 드레인 영역과 상기 전압인가부 사이에의 전기회로 상에 하나 이상의 부성저항소자를 포함하며 상기 드레인 영역과 상기 부성저항소자 사이의 전압의 변화를 검출하여 재생신호를 얻는 재생신호검출부;을 포함한다.

일 실시예로서, 상기 부성저항소자는 터널 다이오드일 수 있다..

일 실시예로서, 상기 재생신호검출부는 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 상기 터널 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 복수의 터널 다이오드는 그 부하선의 부성저항영역이 상기 전기장 센서의 상기 드레인 전압에 대한 드레인 전류 특성곡선의 선형영역의 기울기와 비슷한 기울기를 가지며 상기 부성저항영역과 상기 선형영역이 서로 교차되도록, 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.

일 실시예로서, 상기 전기장 센서는 절연층을 사이에 두고 상기 저항영역의 상부에 위치되며 상기 기록매체의 분극을 유발하는 임계전압 이상의 전압이 인가되는 쓰기 전극을 더 구비할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 저장장치의 정보재생방법은, 전기적 분극에 의하여 정보를 기록하는 강유전성 기록매체와, 소오스 영역과 드레인 영역 및 상기 두 영역을 전기적으로 상호 연결하는 것으로서 상기 기록매체의 전기도메인의 분극전압에 의한 전기장의 세기에 따라서 변하는 저항을 가지는 저항영역을 구비하는 전기장 센서, 및 상기 소오스 영역과 상기 드레인 영역 사이에 드 레인 전압을 인가하는 전압인가부를 포함하는 저장장치의 재생방법으로서, 상기 드레인 영역과 상기 전압인가부 사이에의 전기회로 상에 하나 이상의 부성저항소자를 연결하여 상기 전기장 센서의 출력전류를 상기 부성저항소자를 통과시키는 단계; 상기 드레인 영역과 상기 부성저항소자 사이의 전압의 변화를 검출하여 재생신호를 얻는 단계;를 포함한다.

일 실시예로서, 상기 부성저항소자로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 터널 다이오드를 채용할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 복수의 터널 다이오드는 그 부하선의 부성저항영역이 상기 전기장 센서의 상기 드레인 전압에 대한 드레인 전류 특성곡선의 선형영역의 기울기와 비슷한 기울기를 가지며 상기 부성저항영역과 상기 선형영역이 서로 교차되도록, 직렬 및/또는 병렬로 연결된다.

본 발명의 전기장 센서의 감도향상방법에 따르면, 저항영역에 인가되는 전기장의 세기의 미약한 변화를 매우 높은 감도로 센싱할 수 있어 노이즈에 의한 영향을 줄일 수 있다. 또, 본 발명의 저장장치 및 그 재생방법에 따르면, 매우 높은 재생감도를 구현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 전기장 센서의 센상감도향상방법, 재생감도가 향상된 저장장치 및 그 정보재생방법의 실시예를 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 그리고 첨부된 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도 1은 본 발명에 따른 저장장치의 일 실시예의 간략한 구조도이다. 본 실시예의 저장장치는 저항 프로브(resistive probe) 타입 전기장 센서를 채용한다. 전기장 센서(100a)의 몸체(B) 상에는 저농도 불순물영역인 저항 영역(G)과, 저항 영역(G) 양측에 위치되는 고농도 불순물영역인 소오스(source) 영역(S) 및 드레인(drain) 영역(D)이 마련된다. 몸체(B)가 p형 반도체인 경우에는 저항 영역(G)은 n-형 불순물 영역이며 소오스 및 드레인 영역(S, D)은 n+형 불순물 영역이다. 몸체(B)가 n형 반도체인 경우에는 저항 영역(G)은 p-형 불순물 영역이며 소오스 및 드레인 영역(S, D)은 p+형 불순물 영역이다. 저항영역(G)은 기록매체(500)와 마주한다. 전기장 센서(100a)는 기록매체(500)에 대하여 상대적으로 이동된다.

도 2는 본 발명에 따른 저장장치의 다른 실시예를 도시한 개략적 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 저장장치에 적용된 전기장 센서의 일 예의 사시도이다. 본 실시예의 저장장치의 구동 시스템은 종래 HDD의 구동시스템과 동일하다. 다만, 종래의 HDD에서의 자성기록매체가 강유전성 기록매체로 대체되고, 아울러 자성기록재생헤드가 슬라이더 타입 전기장 센서(100b)로 대체된다.

도 2를 보면, 회전되는 디스크 타입의 기록매체(500)가 도시되어 있다. 스윙아암(300)의 단부에 마련된 서스펜션(200)에는 도 3에 도시된 바와 같은 전기장 센서(100b)가 부착된다. 스윙아암(300)은 보이스코일모터(400)에 의하여 회동된다. 그러면, 전기장 센서(100b)는 에어베어링효과에 의하여 기록매체(500)의 표면으로 부터 부상된다.

도 3을 보면, 반도체 기판(10)은 기록매체(500)와 대향하는 제1면(11)과, 제1면(11)과 만나는 제2면(12)을 포함한다. 기판(10)은 p형 또는 n형 반도체물질이며, 제1면(11)과 제2면(12)은 수직일 수 있다. 기판(10) 상에는 저농도 불순물영역인 저항 영역(G)과, 저항 영역(G) 양측에 위치되는 고농도 불순물영역인 소오스(source) 영역(S) 및 드레인(drain) 영역(D)이 마련된다. 소오스 전극(E1)과 드레인 전극(E2)은 각각 소오스 영역(S) 및 드레인 영역(D)과 전기적으로 접속된다. 기판(10)이 p형 반도체인 경우에는 저항 영역(G)은 n-형 불순물 영역이며 소오스 및 드레인 영역(S, D)은 n+형 불순물 영역이고, 기판(1)이 n형 반도체인 경우에는 저항 영역(G)은 p-형 불순물 영역이며 소오스 및 드레인 영역(S, D)은 p+형 불순물 영역이다. 전기장 센서(100b)가 쓰기 기능을 가지는 경우에는, 저항 영역(G) 위에 절연막(21)이 마련되고, 절연막(21) 위에 게이트 전극(W)이 마련된다. 게이트 전극(W)은 쓰기 전극이다. 이하에서는 쓰기 전극(W)으로 통칭한다. 노출된 소오스 영역(S)과 드레인 영역(D) 위에는 절연막(22)이 마련된다.

기판(10)의 제1면(11) 상에는, 공기 베어링 면(air bearing surface ; 이하, ABS) 패턴(30)이 형성될 수 있다. ABS 패턴(30)은 그것을 포함한 전기장 센서(100b)가 기록 매체(500)의 표면으로부터 부상할 수 있도록 작용한다.

기록매체(500)는 강유전성 기록매체이다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 기록매체(500)는 기판 위에 하부 전극, 강유전체층이 차례로 형성된 형태이다. 기판은 Si, Glass 등으로 형성될 수 있다. 하부 전극은 반도체 메모리 소자에 사용되는 전극 물질을 사용할 수 있으며, Pt, Al, Au, Ag, Cu 등의 금속 또는 SrRuO3, (La,Sr)CoO 등의 금속 산화물 등으로 형성될 수 있다. 하부 전극은 접지된다. 강유전체층은 PZT(PbZrxTi1-xO3), PbTiO3, PbZrO3, SrBi2Ta2O9(SBT), KNbO3, LiTaO3, LiNbO3 등의 강유전 물질로 형성할 수 있다. 강유전체층 위에는 보호층이 더 마련될 수 있다. 보호층은 DLC(diamond like carbon)과 통상적인 하드디스크의 표면에 사용하는 윤활제(lubricant)를 함께 사용하여 형성할 수 있으며, DLC와 윤활제 중 어느 하나로 형성할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 기록매체(500)로부터 정보를 재생하는 원리를 설명한다.

전압인가부(610)는 소오스 영역(S)과 드레인 영역(D) 사이에 드레인 전압(Vd)을 인가한다. 저항 영역(G)은 소오스 영역(S)과 드레인 영역(D) 사이에서 전류가 흐를 수 있는 통로(channel)가 된다. 저항 영역(G)에 가해지는 전기장의 세기에 따라 저항 영역(G)의 저항값이 변화된다. 그러면, 소오스 영역(S)에서 드레인 영역(D)으로 흐르는 드레인 전류(Id)의 양이 변하게 된다. 재생신호검출부(620)는 전류(Id)의 변화량을 검출한다. 이하에서, 설명의 편의를 위하여 전기장 센서(100b)(100a)는 전기장 센서(100)으로 통칭한다.

전기장 센서(100)의 소오스 및 드레인 영역(S, D)이 n+ 영역이고, 저항 영역(G)이 n- 영역인 경우, 저항 영역(G)과 마주보는 기록매체(500)의 전기도메인이 제1분극방향으로 분극되어 그 표면전하가 음(-)이면, 저항 영역(G)의 전자(electron) 밀도가 감소하여 저항 영역(G)의 저항 값은 커진다. 그러면, 저항 영 역(G)을 통하여 소오스 영역(S)으로부터 드레인 영역(D)으로 흐르는 전류량은 감소하게 된다. 반대로, 저항 영역(G)과 마주보는 기록매체(500)의 전기도메인이 제2분극방향으로 분극되어 그 표면전하가 양(+)이면, 저항영역(G)의 전자 밀도가 증가하여 저항영역(G)의 저항 값은 작아진다. 그러면, 저항 영역(G)을 통하여 소오스 영역(S)으로부터 드레인 영역(D)으로 흐르는 전류량은 증가하게 된다. 재생신호검출부(620)는 전류량의 변화에 기초하여 재생신호를 생성한다. 이 재생신호에 기초하여 기록매체(500) 표면에 기록된 정보를 일을 수 있다.

도 2와 도 3을 참조하면서 기록매체(500)에 정보를 기록하는 동작을 설명한다. 전기장 센서(100)의 쓰기 전극(W)에 임계전압 이상의 양(+)의 전압 또는 음(-)의 전압을 인가한다. 그러면, 쓰기 전극(W)에 임계전압 이상의 양(+)의 전압을 인가하면, 쓰기 전극(W)과 마주보는 기록매체(500)의 전기도메인은 제1분극방향으로 분극되고, 해당 전기도메인의 표면은 음(-)의 전하를 띠게 된다. 반대로, 쓰기 전극(W)에 임계전압 이하의 음(-)의 전압을 인가하면, 쓰기 전극(W)과 마주보는 기록매체(500)의 전기도메인은 제2분극방향으로 분극되고, 해당 전기도메인의 표면은 양(+)의 전하를 띠게 된다. 이와 같이 쓰기 전극(W)에 인가되는 전압에 따라서 강유전성 기록 매체(500)의 전기 도메인(electric domain)의 분극 방향이 달라지고, 그에 따라 기록매체(500)에 정보가 기록될 수 있다.

도 4에는 전기장 센서(100)의 드레인 전압-드레인 전류 곡선이 도시되어 있다. 드레인 전압-드레인 전류 곡선의 선형 영역에서 기록매체(500)의 표면 전압(Vg)의 변화에 대한 드레인 전류(Id)의 작은 변화량을 직접 읽어내는 경우에는 센싱 감도가 매우 낮다. 센싱 감도가 낮으면 검출신호가 노이즈에 쉽게 영향을 받는다. 따라서, 전기장 센서(100)의 분해능을 향상시키기 위하여는 높은 센싱감도가 확보되어야 한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 전기장 센서(100)는 전계효과 트랜지스터(FET)로 모델링될 수 있다. 드레인 전류(Id)의 변화량을 검출하기 위하여 드레인 영역(D)과 전압인가부(610)을 연결하는 전기회로에 저항소자(R)를 설치한다. 저항소자(R)로서 부하선(load line)(L1)이 전압-전류 그래프(도 4 참조)에서 음의 기울기를 가지는 양성저항소자를 채용하는 경우를 고려해 본다. 도 4에서 기록매체(500)의 표면전압이 각각 Vg1, Vg2인 경우 출력전압(Vo)은 각각 V1, V2가 되며, 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)은 V1 과 V2 의 차이이다. 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)이 클수록 센싱 감도는 향상되는데, 저항소자(R)로서 양성저항소자를 채용하면 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)을 증가시키기가 매우 어렵다. 즉, 기록매체(500)의 표면 전압(Vg)의 변화에 따른 드레인 전류(Id)의 변화량이 아주 작기 때문에 양성저항소자를 이용하는 경우에 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)을 크게 하기가 매우 어렵다.

본 발명은 드레인 영역(D)과 전압인가부(610)을 연결하는 전기회로에 부성저항(negative resistance)소자를 설치하여 센싱감도를 향상시킨 것을 특징으로 한다. 도 4를 참조하면, 부성저항소자의 부하선(L2)은 양성저항소자의 부하선(L1)과 반대방향의 기울기를 갖는다. 부성저항소자를 채용한 경우 기록매체(500)의 표면전압이 각각 Vg1, Vg2인 경우 출력전압(Vo)은 각각 V1'과 V2' 이 된다. 따라서, 부성저항소자를 채용한 경우의 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)은 양성저항소자를 채용한 경우의 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)보다 매우 크다는 것을 알 수 있다.

이하에서, 부성저항소자를 채용한 경우의 센싱감도향상효과를 간접적인 방법에 의하여 시뮬레이션한 결과를 설명한다.

도 6에는 부성저항소자로서 터널 다이오드(T)를 채용한 예가 개시되어 있다. 터널 다이오드(T)는 p영역과 n영역의 불순물의 농도를 크게 하여 매우 좁은 공핍층을 가지도록 한 p-n접합다이오드이다. 도 7에는 Microsemi Corp.의 Si 터널 다이오드 1N2927의 전압-전류 특성이 도시되어 있다. 도 7을 보면, 참조부호 R1으로 표시된 영역에서는 전압이 증가할 때에 오히려 전류가 감소된다. 이 영역이 부성저항영역이다.

도 8에는 터널 다이오드(T)를 채용한 재생신호검출부(620)의 효과를 검토하기 위하여 전기장 센서(100)를 전계효과트랜지스트(M)으로 대체한 회로도가 도시되어 있다. 본 실험에서는 2N7002/PLP(n-channel vertical DMOSFET)을 이용한다. 도 8에 도시된 회로도에서 드레인 전압(Vd)을 0V에서 2V로 변화시키면서 게이트 전극에 인가되는 전압(Vg)을 3.95V에서 4.05V로 변화시킨 경우의 드레인 전류(Id)의 변화를 나타낸 그래프가 도 9에 도시되어 있다. 전압(Vg)을 3.95V에서 4.05V로 변화되는 동안의 드레인 전류(Id)의 변화량은 약 40㎂에 불과하다.

도 10은 부성저항소자의 부하선을 얻기 위한 회로도이다. 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)을 크게 하여 센싱감도를 높이기 위하여는 부성저항소자의 부하선의 부성저항영역이 전기장센서(100)의 선형영역과 교차되어야 한다. 부성저항소자의 부하선의 부성저항영역의 기울기가 전기장 센서(100)의 드레인 전압-드레인 전류 특 성곡선의 선형영역의 기울기와 비슷할수록 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)은 커지며 센싱감도도 향상된다. 이를 위하여, 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 부성저항소자, 예를 들면 복수의 터널 다이오드(T)가 채용될 수 있다. 복수의 터널 다이오드(T)가 직렬로 연결되면 부하선의 부성저항영역의 기울기가 완만해지며, 복수의 터널 다이오드(T)가 병렬로 연결되면 부하선의 부성저항영역의 기울기가 급해진다.

본 시뮬레이션에서는 Microsemi Corp.의 Si 터널 다이오드 1N2927을 21개 사용하여 2N7002/PLP(n-channel vertical DMOSFET)의 드레인 전압-드레인 전류곡선의 선형영역과 부성저항소자의 부하선의 부성저항영역이 교차되도록 한다.

전압(Vb)을 2V로 고정하고, 전압(Va)을 0V에서 2V까지 스윕(sweep) 하면서 구한 부하선(L3)이 도 11에 도시되어 있다. 도 11과 도 4를 비교하여 보면, 부하선(L3)의 영역(R1')은 도 4의 부하선(L2)와 같은 형태임을 알 수 있다.

도 12에는 도 8과 도 10에 도시된 회로도를 합성한 회로도가 도시되어 있다. 이 회로도에서, 주어진 전압(Vg)에 대하여 전계효과드랜지스트(M)에 흐르는 전류량과 터널 다이오드(T)에 흐르는 전류량이 같아지는 전류량이 작동전류량이 된다. 도 13에는 도 9와 도 11의 그래프를 합성한 그래프가 도시되어 있다. 도 13을 보면, 전압(Vg)이 3.95V 일 때, 곡선(C1)과 터널다이오드(T)의 부하선(L3)가 만나는 점(B)이 작동점이 된다. 또, 전압(Vg)이 4.05V 일 때, 곡선(C2)과 터널다이오드(T)의 부하선(L3)가 만나는 점(A)이 작동점이 된다. 전압(Vg)이 3.95V에서 4.05V로 변하는 동안의 출력전압(Vo)의 변화량(ΔVo)는 VB-VA가 되며, 드레인 전류(Id)의 변화량(ΔId)는 IdB-IdA가 된다. 만일, 터널 다이오드(T)를 사용하지 않는 경우에 전압(Vg)이 3.95V에서 4.05V로 변하는 동안에 검출할 수 있는 드레인 전류(Id)의 변화량(ΔId)의 최대값은 IdA'과 IdB'의 차이에 불과하다. 도 14에는 전압(Vg)-드레인 전류(Id)곡선이 도시되어 있다. 도 14를 참조하면, 터널 다이오드(T)를 채용한 재생신호검출부(620)에 따르면, 전압(Vg)이 3.95V에서 4.05V로 변하는 동안에 드레인 전류(Id)의 변화량(ΔId)은 약 120㎂이다. 이에 대하여, 터널 다이오드(T)를 사용하지 않는 경우에, 전압(Vg)이 3.95V에서 4.05V로 변하는 동안에 검출할 수 있는 드레인 전류(Id)의 변화량(ΔId)의 최대값은 약 40㎂이다. 따라서, 터널 다이오드(T)를 채용한 재생신호검출부(620)에 따르면, 약 3배의 센싱감도향상효과를 얻을 수 있다.

상술한 시뮬레이션에서는 전기장 센서(100) 대신에 전계효과 트랜지스터를 사용하였다. 그러나, 전기장 센서(100)는 전계효과 트랜지스터로 모델링될 수 있는 것이므로, 시뮬레이션을 통하여 확인된 효과는 전기장 센서(100)의 센싱감도 향상을 위하여 적용될 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다.

또, 상술한 시뮬레이션에서는 2N7002/PLP(n-channel vertical DMOSFET)의 드레인 전압-드레인 전류곡선의 특성을 고려하여 Microsemi Corp.의 Si 터널 다이오드 1N2927을 21개 사용하였으나, 이 시뮬레이션은 일 예에 지나지 않는다. 당업자라면 본 명세서에 기재된 사항을 참조하여, 부하선이 도 1에 도시된 프로브 타입 전기장센서(100a) 또는 도 2에 도시된 슬라이더 타입 전기장 센서(100b)의 드레인 전압-드레인 전류곡선의 선형영역과 교차되고 또 그 부성저항영역이 드레인 전압-드레인 전류곡선의 선형영역의 기울기와 비슷한 기울기을 가지도록 하기 위하여, 복수의 부성저항소자를 직렬 및/또는 병렬로 연결할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 부성저항소자를 구비하는 재생신호검출부(620)를 채용함으로써 전기장 센서(100)의 센싱감도를 향상시킬 수 있다. 재생신호검출부(620)는 출력전압(Vo)을 증폭하기 위한 증폭기와, 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기를 더 구비할 수 있다. 출력전압(Vo)을 컴퓨터 등의 정보처리장치가 인식할 수 있는 재생신호로 처리하는 과정은 당업계에서 잘 알려진 것이므로 자세한 설명은 생략한다. 예를 들어, 종래의 하드디스크 드라이브의 신호처리구조를 그대로 적용할 수도 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 저장장치의 일 실시예의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 저장장치의 다른 실시예의 개략적인 구성도.

도 3은 도 2에 도시된 저장장치에 채용된 전기장 센서의 사시도.

도 4는 전기장 센서의 드레인 전압-드레인 전류특성곡선을 도시한 그래프.

도 5는 재생신호검출부의 일 예를 도시한 모식도.

도 6은 터널 다이오드를 채용한 재생신호검출부의 일 예를 도시한 모식도.

도 7은 터널 다이오드의 전압-전류특성곡선을 도시한 그래프.

도 8은 전계효과트랜지스터의 드레인 전압-드레인 전류 특성곡선을 시뮬레이션하기 위한 회로도.

도 9는 도 10에 도시된 회로도에 의하여 시뮬레이션된 전계효과 트랜지스터의 드레인 전압-드레인 전류 특성곡선을 도시한 그래프.

도 10은 터널 다이오드의 부하선을 시뮬레이션하기 위한 회로도.

도 11은 도 8에 도시된 회로도에 의하여 시뮬레이션된 터널 다이오드의 부하선을 도시한 그래프.

도 12는 터널 다이오드를 채용한 재생신호검출부의 효과를 시뮬레이션하기 위한 회로도.

도 13은 도 12에 도시된 회로도에 의하여 시뮬레이션된 터널 다이오드의 부하선과 전계효과트랜지스터의 드레인 전압-드레인 전류 특성곡선을 도시한 그래프.

도 14는 도 12에 도시된 회로도에 의한 전압(Vg)와 드레인 전류(Id)의 관계 를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 반도체 기판 11 : 제1면

12 : 제2면 R : 저항영역

S : 소오스 영역 D : 드레인 영역

21 : 제1절연막 22 : 제2절연막

W : 쓰기 전극 E1 : 소오스 전극

E2 : 드레인 전극 30 : ABS 패턴

100 : 전기장 센서 200 : 서스펜션

300 : 스윙암 400 : 보이스코일모터

500 : 기록 매체 610......전압인가부

620......재생신호검출부

Claims

소오스 영역과 드레인 영역 및 상기 두 영역을 전기적으로 상호 연결하는 것으로서 전기장의 세기에 따라서 변하는 저항을 가지는 저항영역을 구비하여 상기 저항영역을 통과하여 흐르는 드레인 전류의 변화를 측정하여 전기장의 변화를 검출하는 전기장 센서의 센싱감도향상방법으로서,

상기 드레인 전류를 하나 이상의 부성저항소자로 흐르게 하고, 상기 드레인 영역과 상기 부성저항소자 사이의 전압의 변화를 검출하여 전기장의 변화를 검출하는 특징으로 하는 전기장 센서의 센싱감도향상방법.
제1항에 있어서,

상기 부성저항소자로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 터널 다이오드를 채용하는 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 센싱감도향상방법.
제2항에 있어서,

상기 복수의 터널 다이오드는, 그 부하선의 부성저항영역이 상기 전기장 센서의 상기 드레인 전압에 대한 드레인 전류 특성곡선의 선형영역의 기울기와 비슷한 기울기를 가지며 상기 부성저항영역과 상기 선형영역이 서로 교차되도록, 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기장 센서의 센싱감도향상방법.
강유전성 기록매체;

소오스 영역, 드레인 영역, 및 상기 두 영역을 전기적으로 상호 연결하는 것으로서 상기 기록매체의 전기도메인의 분극전압에 의한 전기장의 세기에 따라서 변하는 저항을 가지는 저항영역을 구비하는 전기장 센서;

상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 드레인 전압을 인가하는 전압인가부;

상기 드레인 영역과 상기 전압인가부 사이에의 전기회로 상에 설치되는 하나 이상의 부성저항소자를 구비하며 상기 드레인 영역과 상기 부성저항소자 사이의 전압의 변화를 검출하여 재생신호를 얻는 재생신호검출부;을 포함하는 저장장치.
제4항에 있어서,

상기 부성저항소자는 터널 다이오드인 것을 특징으로 하는 저장장치.
제5항에 있어서,

상기 재생신호검출부는 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 복수의 상기 터널 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 저장장치.
제6항에 있어서,

상기 복수의 터널 다이오드는 그 부하선의 부성저항영역이 상기 전기장 센서의 상기 드레인 전압에 대한 드레인 전류 특성곡선의 선형영역의 기울기와 비슷한 기울기를 가지며 상기 부성저항영역과 상기 선형영역이 서로 교차되도록, 직렬 및/또는 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 저장장치.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전기장 센서는, 절연층을 사이에 두고 상기 저항영역의 상부에 위치되며 상기 기록매체의 분극을 유발하는 임계전압 이상의 전압이 인가되는 쓰기 전극을 더 구비하여 기록 및 재생이 가능한 것을 특징으로 하는 저장장치.
전기적 분극에 의하여 정보를 기록하는 강유전성 기록매체와, 소오스 영역과 드레인 영역 및 상기 두 영역을 전기적으로 상호 연결하는 것으로서 상기 기록매체의 전기도메인의 분극전압에 의한 전기장의 세기에 따라서 변하는 저항을 가지는 저항영역을 구비하는 전기장 센서, 및 상기 소오스 영역과 상기 드레인 영역 사이에 드레인 전압을 인가하는 전압인가부를 포함하는 저장장치의 재생방법으로서,

상기 드레인 영역과 상기 전압인가부 사이에의 전기회로 상에 하나 이상의 부성저항소자를 연결하여 상기 전기장 센서의 출력전류를 상기 부성저항소자를 통과시키는 단계;

상기 드레인 영역과 상기 부성저항소자 사이의 전압의 변화를 검출하여 재생신호를 얻는 단계;를 포함하는 저장장치의 정보재생방법.
제9항에 있어서,

상기 부성저항소자로서 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 터널 다이오드를 채용하는 것을 특징으로 하는 저장장치의 정보재생방법.
제10항에 있어서,

상기 복수의 터널 다이오드는 그 부하선의 부성저항영역이 상기 전기장 센서의 상기 드레인 전압에 대한 드레인 전류 특성곡선의 선형영역의 기울기와 비슷한 기울기를 가지며 상기 부성저항영역과 상기 선형영역이 서로 교차되도록, 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 저장장치의 정보재생방법.