KR101952543B1 - 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀밸브 구조로 이루어진 자성 박막 센서; 및 상기 자성 박막 센서로부터 특정 전자 제품의 유무를 선택적으로 검출하는 검출 회로; 를 포함하는 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 개시한다.

Description

스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기{Small electronic detector using spin valve}

본 발명은 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기에 관한 것이다.

과학기술의 발전으로 네트워크와 통신기술 및 소형 전장치기 기술들을 악용한 생활 속 범죄들이 파생되고 있습니다. 그 중 몰래 카메라(이하 몰카)는 일반인에게 가장 무방비 하게 노출되어 있고 예방도 어려운 문제이다.

몰카는 주변 사물과 결합하여 육안으로는 카메라인지 알아볼 수 없으며 인터넷에서 쉽게 구할 수 있어 별도의 노력을 들이지 않고도 간단하게 범죄에 이용될 수 있다.

최근 이러한 상황을 예방하기 위해 몰카 탐지기의 수요가 높아지고 있지만, 가격이 비싸고, 기능 및 휴대성이 좋지 않아 많은 시민들이 구매 및 사용을 하지 못합니다. 그 예로 라디오 전파 탐지기(출원번호 10-2007-0066562)의 경우 SD카드 내장 몰래 카메라는 감지하지 못하며, 빛을 이용하는 탐지기(출원번호 10-2003-0061072)는 생활속에서 작동하지 못하고, 적외선 탐지기는 쉽게 즉석에서 바로 사용하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 단순한 구조를 가지며, 휴대성이 좋고 제작도 단순하며, 제작비용도 낮게 기능성을 살려 제작할 수 있는 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기는 스핀밸브 구조로 이루어진 자성 박막 센서; 및 상기 자성 박막 센서로부터 특정 전자 제품의 유무를 선택적으로 검출하는 검출 회로; 를 포함한다.

또한, 상기 검출 회로는 상기 자성 박막 센서에서 검출하는 저항비를 실시간으로 수치화하고 초기화하는 제어부; 상기 자성 박막 센서와 검출 회로에 전원을 공급하는 전원 공급부; 및 상기 제어부에서 정제한 데이터를 출력하는 출력부; 를 포함할 수 있다.

상기 자성 박막 센서는, 자화가 외부 자기장에 영향을 받지 않는 고정층; 및

자화가 외부 자기장에 영향을 받는 자유층; 을 포함하고, 상기 자유층은 저항비의 초기화 시 상기 전원 공급부에서 인가된 스위칭 전류에 의해 고정층과 같은 자화 방향으로 자화가 정렬되는 스핀밸브를 이용할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 자성 박막 센서에서 검출하는 저항비의 시간당 변화를 검출하는 변화검출부; 를 포함할 수 있다.

상기 출력부는, 상기 변화검출부의 변화를 감지해 경고를 출력하는 알림부; 및 실시간으로 자기저항비를 출력하는 표시부;를 포함할 수 있다.

상기 전원 공급부는, 휴대용 배터리인 스핀밸브를 이용할 수 있다.

상기 자유층은 수직자화를 특징으로 할 수 있다.

상기 자성 박막 센서는 교환력과 보자성이 다른 다수의 자성 박막; 을 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 다수의 자성 박막 중 어느 하나를 선택하여 자성 박막 센서로 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기는 단순한 구조를 가지며, 휴대성이 좋고 제작도 단순하며, 제작비용도 낮게 기능성을 살려 제작할 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 개략적으로 나타낸 예시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 이용해 몰래 카메라를 검출하는 상황을 나타낸 예시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기의 검출 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 이용해 소형 전자 제품을 탐지하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.

우선, 본 발명은 몰카의 촬영거리를 0~30cm라 가정할 때 보통 0.02uT까지 자기장이 방출되고, 전자장치의 wave guard의 유무에 따라 다르겠지만, 통상적으로 몰카에 wave guard는 중요한 요소가 아니므로 0.02uT의 자기장이 방출된다고 가정하였다.

저렴한 장치로 미세한 자기장의 변화를 감지하기 위해 Spin Valve(이하 스핀밸브)를 이용한다. 스핀밸브는 다양한 분야의 센서, 스위치에 이용하고 있고, 특히 최근 상용화된 STT-MRAM이라는 메모리 소자에 사용되는 박막구조이다.

스핀밸브구조는 반강자성체에 강자성체가 적층되고 그 위에 절연층이 적층되며 다시 강자성체가 적층되는 구조를 갖는다.

반강자성층(AFM-layer) 위에 적층된 강자성층(FM-layer)은 exchange bias라는 전자 스핀의 상호작용에 의해 자성이 정렬하게 된다. 히스테리시스 곡선을 참조하면 자성이 치우쳐져 있어 자성의 방향이 외부자기장의 방향을 덜 받으며, 따라서 이 강자성층을 자성이 외부자기장에 의해 영향을 받지 않는 고정층(pinned FM-layer)라 할 수 있다.

반면, 고정층에서 비자성층 스페이서(Non-magnetic spacer)로 분리된 강자성층(FM-layer)의 경우 반강자성층(AFM-layer)의 영향을 받지 않아 외부자기장에 의해 쉽게 자성이 변화하게 된다. 따라서 이 강자성층을 외부자기장에 의해 쉽게 영향을 받는 자유층(free FM-layer)이라 지칭할 수 있다.

이때 비자성층 스페이서를 절연체로 한다면 면의 방향으로 흐를 때 두 강자성층으로 전도되는 전자가 터널링이라는 양자역학적 현상이 발현되는데, 두 강자성체의 자화 방향이 평행하다면 저항이 낮아 전류가 잘 흐르고 반평행 할수록 저항이 높아져 전류가 잘 흐르지 못한다.

이때 MgO라는 물질을 절연층으로 사용한다면, 원자의 orbital을 선택적으로 터널링하여 물질의 자성을 나타내는 3d orbital을 두 강자성층이 반평행할 때 통과하지 않아 평행할 때와 반평행할때의 저항차이가 이론적 ~500%까지 가능하다.

따라서 외부자기장에 영향을 잘 받는 자유층에 일반 센서와 같은 역할을 할 수 있고, 이때 외부 자기장에 민감한 정도는 물질의 보자력에 기인하는데, soft한 물질 제어는 쉽게 가능하므로 센싱의 정도를 조절할 수 있다.

센싱 장치를 제작하는 관점에서 몰카에서 장치의 방향에 따른 오작동을 염려할 수 있으나 이는 최근 활발하게 사용되는 수직 이방성 spin valve구조를 이용하여 해결할 수 있다.

수직 이방성 spin valve구조는 박막의 면방향으로 자성이 형성되는 것으로 Ta/CoFeB/MgO구조(Appl. Phys. Lett. 96, 212503 (2010); doi: 10.1063/1.3429592)나 Pt/Co/MOx(Journal of Applied Physics 104, 043914 (2008); doi: 10.1063/1.2969711)구조 등 다양한 박막에서 효과적으로 보여 차세대 자기저항 효과에 활발히 사용되고 있다.

이때 외부 자기장에 의해 수직으로 형성되어 있는 자성이 면 방향으로 기울어지는 정도만으로 저항이 변화하기 때문에 자기저항으로 사용될 수 있다.

카메라는 주로 찍는 피사체에 수평하게 있으므로 센싱하는 박막의 자성의 방향을 수직 이방성으로 구성할 시 자성의 방향에 상관없이 센싱할 수 있습니다.

따라서 본 스핀밸브의 이론적 배경을 근간으로 다음과 같은 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 제작하여 구현하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 이용해 몰래 카메라를 검출하는 상황을 나타낸 예시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기의 검출 회로의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기를 이용해 소형 전자 제품을 탐지하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

우선, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기는 스핀밸브 구조로 이루어진 자성 박막 센서(100)와 자성 박막 센서(100)로부터 특정 전자장치의 유무를 선택적으로 검출하는 검출 회로(200)로 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기는 소형 전자 제품 탐지를 경고로 출력하는 알림부(221)과 실시간으로 자기저항비를 출력하는 디스플레이부(222)를 포함한다.

자성 박막 센서(100)은 도 2와 같이 자화가 외부 자기장에 영향을 받지 않는 고정층(102) 및 자화가 외부 자기장에 영향을 받는 자유층(104), 비자성층(103)으로 이루어져 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기의 외부에 몰래 카메라(110)가 존재한다면 몰래 카메라(110)에서 나온 자기장(109)이 자유층(104)의 스핀방향(106)을 변화시킨다. 이때 고정층(102)은 처음 상태 그대로의 스핀방향(107)을 유지한다.

즉 자유층 스핀방향(106)과 고정층 스핀방향(107)의 차이에 따라 저항이 달라져, 전극(108)으로 스핀밸브(100)에 전류를 인가한다면, 몰래 카메라의 유무를 검출할 수 있다.

검출 회로(200)는 도 3과 같은 구성을 하고 있어 자성 박막 센서(100)에서 검출하는 저항비를 실시간으로 수치화 하거나 초기화하도록 제어하는 제어부(210)와 전원을 공급하는 전원 공급부(230) 그리고 제어부(210)에서 정제한 데이터를 출력하는 출력부(220)로 이루어져 있다.

제어부(210)에는 자성 박막 센서(100)에서 검출하는 저항비의 시간당 변화를 검출하는 변화검출부(212)가 있어 변화를 감지해 경고를 알림부(221)로 출력하거나 실시간으로 자기저항비를 디스플레이부(222)로 출력한다. 휴대성을 위해 전원 공급부(230)는 배터리로 구성한다.

제어부(210)는 그림 4과 같은 흐름도로 제어를 한다.

처음 시작하여 초기화를 한다면 전원 공급부(230)에서 자유층(104)의 스핀(106)이 Spin transfer torque의 영향을 받아 스위칭 할 수 있는 제1전류를 인가하여 고정층(102)의 스핀(107)과 같은 자화 방향으로 자화가 정렬되게 하여 초기화를 전기적으로 진행한다.

그 후 자유층(104)의 스핀(106)상태를 자기저항으로 읽을 수 있는 제2 전류를 인가하여 실시간으로 자기저항을 읽고 자유층(104)의 스핀(106)상태가 변하여 자기저항이 변화한다면 몰래 카메라(110)가 존재할 수 있음을 알림부(221)를 통해 경고한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기는 분해율이 높아 다른 전자장치를 인식하여도 추가적인 전자장치의 유무에 따라 자기저항이 변화하므로 존재를 검출할 수 있고 인식한 전자장치가 몰래 카메라가 아닐 경우 교환력과 보자력이 다른 다수의 자성 박막 중 한가지를 선택하여 자성 박막 센서로 사용할 수 있다.

또한, 자유층(104)에 스핀 상태는 변화한다면 초기화를 시켜주지 않는 한 외부자기장이 사라져도 변화하지 않으므로 이 상태를 회로적으로 0의 값으로 고정시켜 배경 자기장을 무시하고 추가적인 전자장치를 탐지할 수 있다.

추가적으로 탐지 성능을 높이기 위해 자성 박막 센서(100)의 자유층(104)의 스핀(106)과 고정층(107)을 수직자화로 구성하여 사용할 수 있다.

자성 박막 센서(100)의 제조 공정은 비록 나노 공정이지만, 리소그래피와 같은 고비용 공정은 필요 없고, 저비용의 공정법인 스퍼터링만 필요하므로 대량생산이 가능하고, 가격적인 측면에서 매우 이점이 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

100: 자성 박막 센서
200: 검출 회로

Claims (9)

1. 스핀밸브 구조로 이루어진 자성 박막 센서; 및
   몰래카메라를 포함하는 다수개의 전자장치의 유무를 검출하는 검출 회로를 포함하되,
   상기 검출 회로는 상기 자성 박막 센서에서 검출하는 저항비를 실시간으로 수치화하고 초기화하는 제어부와 상기 자성 박막 센서와 검출 회로에 전원을 공급하는 전원 공급부와 상기 제어부에서 정제한 데이터를 출력하는 출력부를 구비하고,
   상기 자성 박막 센서는,
   자화가 외부 자기장에 영향을 받지 않는 고정층;
   마그네슘산화물로 구성된 절연물질을 포함하는 비자성층; 및
   자화가 외부 자기장에 영향을 받는 자유층을 포함하고,
   상기 자유층은 저항비의 초기화 시 상기 전원 공급부에서 인가된 스위칭 전류에 의해 고정층과 같은 자화 방향으로 자화가 정렬되며,
   상기 제어부는,
   상기 자성 박막 센서에서 검출하는 저항비의 시간당 변화를 검출하는 변화검출부를 포함하고
   상기 출력부는,
   상기 변화검출부의 변화를 감지해 경고를 출력하는 알림부; 및
   실시간으로 자기저항비를 출력하는 표시부를 포함하고,
   상기 전원 공급부는,
   휴대용 배터리이고,
   상기 자유층은,
   수직자화를 특징으로 하고,
   상기 자성 박막 센서는,
   교환력과 보자력이 다른 다수의 자성 박막을 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 다수의 자성 박막 중 어느 하나를 포함한 자성 박막 센서를 선택하여 사용하는 스핀밸브를 이용한 소형 전자 제품 탐지기.
   
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