KR19980072197A - 애퍼츄얼 어레이와 씰드 미디어를 이용한 근접장 광기록 장치와 기록매체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빛 파장 이하의 공간에서 제어된 전자기적 상호작용을 매개하는 evanescent field를 정보의 저장과 판독에 이용함으로써, 회절한계를 극복한 초고기록밀도를 갖는 매체와 시스템에 관한 것이다. 정보의 기록과 판독은 macro- servo 및 micro-servo 두 단계에 의해 디스크의 국부적인 위치에 접근하고, 픽업에 공급된 파워가 초점이 맞추어진 상태로 aperture array를 통과해 근접장내에 위치한 매체의 표면에 상변화 혹은 자구형태로 정보를 기록하고 읽어내는 것을 주요 내용으로 한다. 또한, aperture array와 기록매체 사이의 간격을 일정하게 유지함과 동시에 외부로부터의 각종 오염(예, 먼지, 지문)이나 손상을 막을 수 있게 밀봉 (sealing)된 디스크 구조 및 매체의 기록층이 광원의 근접장 내에 안전하게 위치토록 하기위해 두 개의 plate 사이에 존재하는 spacer의 두께와 Z-spacing을 합이 근접장 영역 내에 오도록 spacer와 Z-spacing의 거리를 조절가능하게 설계된 매체와 시스템을 특징으로 한다. 본 발명의 아이디어를 활용함으로써, 광 fiber를 사용할 때 생기는 탐침과 매체의 손상 및 접근속도의 지연과 근접장내에 매체가 위치하도록 probe와 기록면간의 거리조절을 위한 복잡한 장치 없이도 높은 신뢰성을 갖는 고밀도의 정보기록과 재생을 실현할 수 있다.

Description

애퍼츄얼 어레이와 씰드 미디어를 이용한 근접장 광기록 장치와기록매체 및 그 제조방법

오디오 및 비디오 동화상 (motion picture), text 파일 등의 다양한 형태의 정보가 융합 되어 다루어지는 멀티미디어 시대의 도래와 함께, 이들 대용량의 정보를 신속히 처리하고 저장할 수 있는 정보기록 및 저장매체에 대한 요구가 그 어느 때 보다도 커졌다. 특히, 금후 널리 보급하리라 생각되는 high-definition (HD) 동화상 및 video-on-demand (VOD)와 같은 쌍방향 화상통신이 실현되면 그 이상의 대용량화가 요구된다. 이같은 요구에 대응하기 위해 현재 다양한 저장 및 재생방식이 제안되고 있으며, 이들중 가장 보편화되어 있는 것이 자기기록과 광기록 방식이며, 각각에 대한 근본적인 기술적 제약요소를 요약하면 다음과 같다.

자기기록(magnetic recording) 방식을 대표하는 하드디스크 드라이브(hard-disk drive, HDD)에서 정보의 기록밀도를 향상시키기 위해서는 헤드와 매체간의 flying height를 낮추어야 하는데, 이것을 위해 헤드의 하단을 매체에 근접시키면 헤드가 매체의 표면을 긁는 소위 head crash 문제가 발생하여 신뢰성을 해치는 주된 요인이 된다. 그래서 flying height를 낮추는 접근방식 외에, 자기기록에서는 MR-헤드(magneto-resistive, MR-head) 기술을 도입하여 기록밀도를 매년 평균 60%씩 증대 시켜 왔다. 그럼에도 불구하고, 결국 저장매체에서 기록밀도의 증가는 기록마크의 크기나 자구(magnetic domain)의 크기를 작게 해야 하는 근본적인 문제는 해결되지 않고있는 실정이다. 가령, 현재 주류를 이루고 있는 수평자화 자기기록 (longitudinal magnetic recording) 매체의 경우, 개개의 magnetic domain을 구성하는 입자의 크기를 일정 크기 이하로 작게 하면 실온정도의 온도 환경 속에서 열적 요동에 의해 기록비트가 자연히 자화반전을 일으켜memory로서의 역할을 못하게 되는 문제가 발생하는 것이 한 예이다. 이를 super-paramagnetic limit 라고 하며, 자기기록에서 이 한계 비트크기는 비트및 트렉 피치가 각각 100nm와 100∼200nm 에 해당된다. 따라서, 그 이상의 고밀도에서는 자기 디스크 상의 정보를 기록해 보존한다는 것이 불가능하다. 자기기록의 고밀도화가 현재 추세대로 진행되면 40G비트/inch²에 달하게 되는 2005년경에는 기록밀도가 한계값에 달할 것으로 예상된다. 광기록 (optical recording) 방식은 정보의 기록과 재생이 비접촉으로 행해지므로 자기기록에서의 head crash 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 장점이 있다. 그 결과, 컴펙트 디스크(compact disc, CD)는 자기테이프와 음반을 대치할 수 있었고, 흔들리는 차 안에서도 헤드와 매체(디스크) 어느 쪽도 다치는 일 없이 음악을 즐길 수 있다. 또한, 자기기록 장치에 비해 디스크의 교환이나 휴대가 가능하고, 트렉피치가 좁아 높은 면 기록밀도를 달성할 수 있는 강점이 있어, 많은 관심과 연구개발이 진행되어 왔다. 그러나, 현재 널리 보급되어 있는 CD도 저장용량이 650 mega-byte (MB)에 지나지 않아, 동화상의 정보를 취급하기에는 턱없이 부족하고, 최근 상품화된 DVD (digital versatile disk)도 그 기록용량은 CD의 약 7 배(4.7GB) 이지만, 동화상의 정보를 자유자재로 다루려면 새로운 대용량, 고밀도화가 요구된다. 이들 광 memory 기록밀도를 결정짓는 가장 중요한 인자는 재생 전용형 (read only memory, ROM), 서환형(rewritable, -RAM/RW)을 불문하고 디스크상에 얻을 수 있는 레이저 光의 spot크기이다. 즉, 고밀도化를 위해서는 Spot 크기를 작게 할 필요가 있고, 이를 위해서는 광원(레이저) 파장을 짧게 하고 광 픽업의 대물렌즈 개구수 (numerical aperture, NA)를 증가 시켜야 한다. 그러나, 이 방법으로는 빛이 파장 정도까지 밖에 좁혀 들어오지 않기 때문에, 현재의 DVD에 이용되고 있는 적색 (∼650nm) 반도체 레이저 (laser diode, LD)에 대신하여 최근, 활발하게 개발을 진행시켜 나가고 있는 청색(파장 : ∼400nm) 반도체 레이저가 탑재되어도 단위면적당 정보량은 약 2.5 배 정도 밖에 향상을 기대할수 없다. 결국, CD나 DVD 등 종래의 시스템에서는 빛을 전자기파(electromagnetic wave)로 이용하고 있기 때문에 회절한계를 넘어선 기록밀도의 향상은 기대할 수 없다.

위에서 언급한 이유로 인해서, terabyte (TB)급의 정보를 취급하기 위해서는 종래와는 전혀 다른 원리에 입각한 기술적 접근이 요구된다. 이같은 요구에 대응하기위해 제안된 초고밀도 기록방식으로는 근접장 광학(near-field optics)이나, volume hologram, photo-chemical hole burning (PHB), 3 차원 광기록 등이 있다. 그러나 volume hologram, photo-chemical hole burning 의 경우, 기록매질과 사용환경에 큰 제약이 있고, 현재 시도되는 near-field방식의 경우 실용화 하는데 아래에 기술하는 몇가지 중요한 문제점이 내재해 있어, 이를 개선할 수 있는 문제해결의 실마리가 요구된다. 본 발명의 목적은 위에서 기술한 초고밀도 기록방식에서의 현안 문제점을 해결함으로써 빛의 근접장을 이용한 새로운 방식의 정보저장 장치와 기록매체를 제공하고, 그 제조방법을 제시하는 것이다.

빛의 회절이론(diffraction theory)에서는 광집속 spot직경은 광 파장과 렌즈 개구수로 정해지고, 이 광집속 Spot의 크기(지름)를 어느 정도 작게 만들 수있는지가 기록밀도의 상한(upper limit)을 결정한다. 회절현상은 빛을 포함하는 파동속(beam)을 렌즈를 이용해 작게 하면 할수록, 역으로 빔이 넓어지는 성질을 가지고 있으며, 회절각을 θ, beam waist 지름을 d, 파장을 λ라고 하면

θ = 2λ/πd ≒ λ/d

가 된다. 결국, 렌즈를 이용해 빔을 작게 할수록 회절이 커지고 어느 값 이하로는 작게 되지 않는다. 따라서 광기록에서의 기록밀도의 상한은 근사적으로 다음식으로 표현되는 빛의 회절이론에 의해 지배된다.

d = 1.22 λ / NA

따라서, 레이저 광원의 파장이 짧을수록, 렌즈의 개구수가 커질수록, 집광된 빔의크기는 작아지고, 기록 면밀도는 Spot 크기의 제곱에 역비례하여 커지고, 빛의 파동성에 기인한 회절에 의해 1 비트당의 기록, 재생할 수 있는 최소 크기는 대략 빛의 파장 정도가 된다. 결국, 종래기술의 연장선 상에서는 빛의 파장을 짧게하고, 개구수가 큰 렌즈를 써서 집속된 광 spot을 적게 하는 방법이 최선의 선택이었다. 이 방법에 의해 얻을 수 있는 기록밀도는 20∼30 giga-bits/inch²가 한계라고 판단된다. 결국, 빛을 이용한 정보의 기록과 재생을 위해, 종래의 시스템에서는 빛을 전자기파로 이용하기 때문에 기록밀도를 향상시키는데 회절한계에 기인된 제약이 피할 수 없은 문제이다. 위의 문제는 형태가 다른 빛을 사용함으로써 극복될 수 있는데, 이는 물질표면에 가까운 영역 (즉, 근접장 영역 : 표면에서 빛의 파장 이하의 거리)에 존재하는 evanescent field에서의 빛을 이용하는 것이다. 빛의 파장보다 작은 개구에서는 빛 (개구부근에서의 evanescent 광)은 본래 방사되지 않고, 개구근방에 위치한 재료와 상호작용을 한다. 이 근접장의 개념을 정보의 기록과 재생에 응용함으로써 회절한계의 극복이 가능하다. 그러나, 현재에는 광 fiber를 첨예화 시키고, 알루미늄과 같은 금속(반사)막을 증착시킨 후, 끝단의 금속막을 제거시켜 빛의 파장보다 훨씬 작은 개구를 얻는다. 결국, optical fiber 탐침(probe)을 이용하는것인데, 이같이 준비된 광 fiber 끝에 빛을 입사시키면 통상의 파로서의 빛은 probe에서 나오지 않고 evanescent field를 얻을 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 근접장의 개념을 정보의 기록과 재생에 응용할것 같으면 종래의 방식에서 가능하지 않았던 회절한계를 극복할 수 있어 기록밀도를 현저히 향상시킬 수 있다. 즉, 빛의 파동적 성격을 이용할 경우 생기는 회절한계에 의한 기록밀도의 향상에 있어서의 제약은 형태가 다른 빛을 사용함으로써 극복될 수 있다. 이 접근방법에서는 근접장 광학(near-field optics) 기술을 이용하는데, 이는 광파가 회절에 의하여 넓어지는 현상을 피해 회절한계 이하로spot크기를 더 줄이기 위해 evanescent wave를 이용한다. Evanescent광이란 광의 조사에 의해 물질중에 생긴 분극 사이의 국소적 상호작용을 광으로 표현한 것으로, 광 fiber의 선단을 뾰족하게 해서 시료표면 부근에 주사한다. 이때 분해능은 probe 선단이 열마나 뾰족한가 하는 정도에 의해 결정되므로 통상의 광학 현미경과는 다르게 빛의 회절한계를 극복하는 것이 가능하다. 이 경우 beam크기(지름)는 회절현상을 동반하는 렌즈 등의 광학소자를 사용해서는 절대 만들 수 없을 정도의 작은 지름(fiber의 선단과 동일 크기)의 빛이 된다. 다만, 기록과 재생시에는 probe 끝부분의 dimension과 같은 particle 크기를 가진 광기록 매체를 probe 끝부분의 dimension과 같은 정도까지 probe 에 근접시켜 그 상태에서 probe를 주사 할 필요가 있다. 따라서 이러한 시스템의 실현에는 nm(nanometer) 정밀도의 기술이 요구된다. 근접장을 이용한 정보의 기록과 재생시스템에서 현재 시도되고 있는 방법은 대부분 optical fiber의 끝 부분을 매우 뾰족하게 만들고, 여기에 금속막을 입힌 후, 빛의 파장보다 작은 구멍을 낸 optical fiber나 aperture를 probe로 사용한다. 이 probe에서 나오는 빛은 near-field 영역에서 회절되지 않고 공간적으로 매우 작은 spot을 만들 수 있어, 물체의 표면관측이나, 물리현상 관측 및 고밀도정보의 저장과 재생에 이용할 수 있다. 그러나, 매체를 근접장 영역내로 가져오기 위해 연속적인 서보(servo)가 요구되고, 기록과 재생과정에서 외부의 충격이나 매질표면의 불균일이 존재할 것 같으면 fiber tip이 손상되는 문제가 있는 것이 큰 결점이다.

한편, 고분해능을 얻기위해 사용하는 SNOM (scanning near-field opticai microscopy)을 storage 장치에 응용할 수 있다. 그러나, 이를 위해서는 해결해야할 몇가지 문제점 중의 하나가 SNOM에 있어 신호가 매우 약하다는 것이다. SNOM에서는 미소 개구부근에 국부적으로 존재하는 근접장 광을 기록/재생으로 사용하기 때문에 재생 신호량은 1-10 nW로 매우 작다. 이 때문에, 전송속도를 크게 (예,10MHz) 하면 SNR (signal-to-noise ratio)이 매우 작아지는 (거의 zero)문제점이 있다. 이를 실현하기 위해서는 선단 10nm의 광 fiber를 표면기록의 광디스크 면상에서 양자간의 gap을 10 nm 이하로 일정하게 유지하는 제어기술, tracking 정밀도가 CD 나 DVD에서는 100 nm 였던 것이 10nm의 고정밀도를 필요로 하는 제어기술, 초당 수 MB 이상의 data transfer rate (DTR)를 달성하기 위한 beam 고속 주사법 등의 개발이 필요하다. 또한, Evanescent 광기록에서의 중요한 최대의 과제중의 하나는 미소 개구로부터의 광 에너지 효율이 매우 낮아(low throughput) 이 상황하에서도 기록이 가능한 고감도의 광기록 매체를 개발하는 것이 요구된다.

또한, near-field를 이용하면 고밀도의 정보저장 및 재생이 원리적으로 가능하나, 종래의 기술을 바탕으로 optical storage용 응용제품을 만들고자 할 때, 다음과 같은 문제점이 심도 있게 고려되어야 한다. (a) probe와 data 기록면과의 거리를 정교히 (∼수십 nm order) 제어할 필요가 있고, 이를 위해 dithering PZT,LD, collimating lens, photo detector, amplifier,lock-in amplifier, Pl controller 등 다수의 부품과 복잡한 장치가 필요하다 (b) 미소의 스팟을 만드는데 활용되는 광 파이버 팁의 가공이 어렵고, 또한 실험실 규모에서 크기가 균일한 소수의 tip과 aperture를 만들 수는 있겠으나, 이 방법은 대량생산에 적합하지 않은 문제가 있다. (c) Data기록면이 빠른 속도로 이동해야 하므로, probe와 data를 포함하는 매체를 손상시킬 가능성이 크다. 즉, 고밀도 기록장치 일수록 빠른 data access time이 요구되는데, 이를 실현하기 위해서 기록면과 probe의 상대적 이동속도가 빠른 것이 필수적이다. 그러나 near-field를 이용하기 위해서는 probe와 기록면이 매우 근접해 있기 때문에 probe가 이동중 기록면과 충돌할 가능성이 높고, 한번의 충돌에 의해 probe가 손상될 경우, data기록 및 재생에 심각한 영향을 주어 신뢰성에 문제가 있다. 또한, (d) 근접장 광기록 방식을 rewritable 매체에 이용할경우, CD방식과는 달리, 근접장 영역내에 매체를 위치시키기 위해 data 기록면이 표면에 노출되어야 한다. 그 결과, 매체표면의 오염과 scratch의 발생이 우려되는 문제점을 종래의 기술에서는 피할 수 없다.

도1. Aperture 모식도 및 기록매체와의 조합 구성도

도2. 본 발명에서 제안한 광기록 시스템의 구성요소 및 배열

도3. 본 발명의 적용 예를 보인 상변화형 광 디스크의 구조

본 발명자들은 위에서 기술한 자기기록 방식에서의 head crash 및 paramagnetic limit를 극복하고자, 정보의 기록과 재생이 원격으로 이루어 지는 광기록 방식을 채택하되, 광기록에서의 기록밀도 향상의 제한요인으로 작용하는 회절한계의 극복을 위해 근접장 광학기술을 이용하고자 한다. 특히, 위에서 언급한 종래의 기술이 안고 있는 문제점을 해결하고자 아래의 아이디어를 제안한다. 여기서, 본 발명자가 제시하는 문제점 해결의 실마리가 될 기술적 아이디어를 (a)기록기구 (recording mechanism)와 (b) 시스템 구성에 대해서 먼저 기술하겠다.

먼저, 종래기술에서는 광 fiber tip을 첨예화 시킨 후, 알루미늄과 같은 금속(반사)막을 증착시켜 fiber 끝단의 금속막을 제거시켜, 빛의 파장보다 훨씬 작은 개구를 만들어 탐침(probe)으로 사용하던 것을 본 발명에서는 그림1과 같이planar aperture array (PAA) 방식으로 대치해 사용하고자 한다. 여기서 PAA는 macro-servo를 위해 평면 혹은 렌드(land)와 그루브(groove)를 포함할 수 있으며, PAA에는 한 개 이상의 aperture가 규칙적으로 배열되어 있는 것이 특징이다. 정보를 기록하거나 재생하기 위해, 일차적으로는 입사광을 aperture array에 focused beam 형태로 조사되게 한다. 이때 빔은 한 개 혹은 그 이상의 aperture를 cover할 수 있게 하며, 이를 이용해 병렬 광원에 의한 전송속도를 극대화 할수 있다. 다음 단계로, 빔이 aperture array를 통과함으로써 통상의 파(wave)로서의 빛이 아닌 aperture 근방에서 Evanescent field 형태로 존재할 수 있게 만든다. 이 때, aperture의 직경은 근접장 효과를 충분히 활용할 수 있게 하기위해 광원의 파장보다 매우 작은 크기로 만든다 (가령, 현재 쓰이는 35mW급 650nm의 적색 LD의 경우, 파장의 1/10인 65nm). 또한, 광 power가 probe 표면에서 멀어짐에 따라 크게 감소한다는 점에 착안하여, 기록매질을 근접장 영역내에 위치시킨다. 그 결과, 회절한계에 기인된 기록밀도의 증가를 가로막았던 문제점을 극복할 수있다.

본 발명에서 사용할 수 있는 매체의 경우, 재생전용(read-only memory, -ROM)이나 한번의 기록이 가능한 것 (write once, -R), 혹은 반복기록이 가능한 것(rewritable, -RAM,-RW) 모두 세가지 형태가 가능하다. 특히 후자의 경우에서는 광자기 방식과 상변화 방식에 모두 적용이 가능하지만, 본 발명의 내용을 기술하는데 있어서는 상변화형 광 기록 매체에만 국한시켜 설명하겠다. 매체의 기록층이 aperture를 통과한 빔의 근접장에 놓이도록 하기 위하여, 매체의 표면과 aperture array 면을 마주 보도록 포개어 붙이되, 국부적인 상대운동이 가능하도록 이 사이에 그림1과 같이 두께가 수∼수십nm 이하인 spacer를 사용하거나, Si-lubber 등과 같은 물질로 sealing 하여 flexible하게 움직일 수 있도록 한다. 그 결과, 정보를 읽고 쓰는 과정에서 마주보는 두 면이 서로 접촉하지 않아 매체의 다층막이 물리적 접촉에 의해 손상되는 것을 막는 역할을 한다. 또한, 이들 공간에 먼지를 포함한 오염물질이 들어 올 수 없게 막아 신뢰성을 확보할 수 있겠금 한다. 이상에서 설명한 것을 도식적으로 나타낸 것이 그림2이다.

본 발명에 이용될 매체의 기판은 현재 사용되는 사출(injection molding) 시킨 polycarbonate나 매체의 평활도를 향상시키기 위해 유리(glass)기판을 사용할수도 있다. 매체의 층 구성 (disk structure layer stacking)에 대해 설명하면 다음과 같다. 즉, reflection mode(광원과 detector가 동일 방향에 위치하는 경우)의 경우를 예로 들면, 그림3에 보인 바와 같이 기판위에 반사층을, 이 위에 열의 흐름과 광학적 효과적으로 제어하기 위해 유전체 등을, 다음으로 정보기록층과 상부유전체, 보호층 순으로 스퍼터링 하여 성막한다. 이같이 준비된 매체를 as-deposited (통상, 비정질 상태) 혹은 초기화 (결정화)시켜 사용한다. 정보를 기록하기 위해서는 픽업에 공급된 파워가 초점이 맞추어진 상태로 aperture array를 통과해 근접장내에 위치한 매체의 국부적인 위치를 조사해 상변화를 유도함으로써 비정질 기지에 결정질 마크 혹은 이 역으로 정보가 기록되고, 이들 두 상태의 반사도 (혹은 흡수도가)가 서로 상이한 것을 이용해 2진법의 0과 1에 대응시켜 정보를 기록하고 읽어 낸다. 이같은 디스크 구조를 통해 앞에서 기술한 평활한 기판 표면에 수십nm의 얇은 두께로 성막시킨 다층막을 갖는 광기록 매체에∼10nm 이하의 청정공간(gap)을 거쳐 근접장 광이 전달되어 매체(기록층)와 상호작용 함으로써 정보가 기록/소거/판독 된다.

(1) 시스템 구성 및 작동원리

본 발명에서 제안한 multiple aperture scanning storage (MASS로 약칭) 방식의 작동은 다음과 같다. 우선 그림2와 같이 focus된 레이저 빔이 aperture에 집광된 후, aperture (array)를 통과함으로써 evanescent field의 빛을 얻는다. 매체의 표면에 데이터를 기록할 위치 혹은 읽어낼 위치로 이동하는 것은 macro-와 micro-servo, 두 단계로 이루어 진다. 즉, 일차적으로는 macro-servo를 이용해 대략적인 위치를 찾아가고, 그 다음 단계로 그림2에서 보인 붙여진 두 개의 plate중 data가 기록된 plate(매체)를 PZT를 사용하여 국부적으로 scanning 하여 최종위치를 찾아 간다. 이 때, scanning을 할 때에는 먼저 수십nm정도 이격된 두 개의 plate를 PZT로 움직이는데, 이는 두 plate가 scanning 시, 마찰에 의해 손상되는 것을 막고, 빠른 scanning을 할 수 있게 해 준다. 모든 scanning은 aperture plate와 data plate (media)가 sealing된 상태에서 이루어 진다. 주사변위(scanning displacement)는 X-, Y-방향으로 ∼1 ㎛ 내외 (예, aperture간의 간격 정도에 해당)이고, Z-방향의 spacing을 위한 변위는 수십nm 이내여서 flexible sealant가 이 크기 만큼의 움직임을 허용할 수 있게 된다. 그 결과, 하나의 aperture가 맡은 영역(여기서는 beam의 spot size 에 해당하는 크기)의 scanning이 종료되면, scanning head LD와 collimating lense 및 focusing servo는 다른 aperture로 이동하게 되고 이는 mechanical tracking servo로써 충분히 얻을 수 있는 정밀도이다. 본 발명에서는 MASS를 작동시키기 위한 장치로써는 storage cell driver를 이용하는데, 이는 CD player 혹은 CD-ROM driver에 해당한다. 즉, MASS를 작동시키기 위해서는 CD-ROM driver와는 다른 mechanism이 필요하며, 기본구조는 그림5에서 보인 바와 같다. 또한, optical head에는 LD와 collimating lens, focusing servo로 구성되며, focusing servo는 기존의 CD-ROM과 마찬가지로 초점이 항상원하는 위치 (여기서는 aperture면)에 이루어 질 수 있도록 해 주는 일종의 feedback mechanism이다. 한편, 정보의 판독은 reflection 및 transmission mode 두 가지 모두 가능하며, 전자는 앞에서 기술한 바와 같고, 후자의 모드에서는 신호의 수집을 위해 collimating lens와 detector로 이루어져 있으며, aperture를 통과한 근접장 광은 data면을 지난 후 glass plate의 아래쪽에서 far-field가 되어 나오는데, 이 신호를 검출하여 정보의 유무를 감지한다 (이 때, signal collection 부는 opticalhead와 연결되어 동시에 움직임).

본 발명에서, 매체상의 기록이나 판독을 원하는 위치로의 이동은 X, Y scanning system에 의해 이루어 지는데, aperture가 항상 레이저 빔의 중앙에 위치하도록 하기 위해서 aperture를 고정시키고 data plate (media)를 이동시킨다.이같이 함으로써, focus된 레이저 빔의 중앙에 aperture가 위치하여 scanning 할때, 항상 일정한 세기의 빛이 aperture를 통과하게 되고, probe를 이용하는 near-field 시스템보다 매우 강한 intensity를 얻는 것이 가능하다. 한편, 매체의 수직(Z-)방향으로의 이동은 붙어있는 두 개의 plate를 scanning 하기 전에 수십nm정도 이격 시키며, 이는 X/Y와 마찬가지로 PZT를 사용한다. 즉, 이미 두 개의 plate사이에 존재하는 spacer의 두께에 Z-spacing을 합쳐도 near-field영역 내에 들어오도록 spacer와 Z-spacing을 조절한다.

Tracking을 위한 servo는 한 aperture가 scanning을 마치면 다른 aperture의 scanning으로 연결되고, 이는 opticalhead와 signal collection 부가 움직임으로서 가능하다. 여기서, 기록밀도를 더욱 향상시키기 위한 data기록방식으로 하나의 aperture가 사각형의 영역을 담당하도록 하는 방안이 검토될 수 있다. 이 경우 PZT가 X,Y방향으로 움직임으로써 모든 data를 읽을 수 있게 되고, 이러한 기록방식을 사용하면 현재 사용되는 CD 방식처럼 회전운동에 의한 data access가 어렵게 된다. 따라서 data의 전송속도 및 random access시간을 빠르게 하기위해 tracking servo의 역할이 중요하다.

(2) 기록매체의 제조방법

본 발명에서 제안한 multiple aperture scanning storage 방식을 이용해 정보를 저장하고 읽어 내는데 사용될 수 있는 저장매체로는 -ROM, -R, -RW이 가능하다. 그러나, 본 장에서는 이들매체 중에서 그 제조방법이 가장 복잡한 반복기록과 소거가 가능한 매체(-RAM, RW)에 국한시켜 그 제조방법을 기술한다. 본 발명에 이용될 매체의 기판은 사출(injection molding) 시켜 제조한 polycarbonate나 매체의 평활도를 향상시키기 위해 유리(glass)기판을 사용한다. 디스크 구조는 기록과 판독 방식에 따라, 필요에 맞게 구성 가능한데, reflection mode (광원과 detector가 동일 방향에 위치하는 경우)의 경우를 예로 들면, 기판위에 반사층을,이 위에 열의 흐름과 광학적 효과적으로 제어하기 위해 유전체, 다음으로 정보기록층과 상부 유전체, 보호층 순으로 스퍼터링 하여 제작 가능하다. 이같이 준비된 매체를 as-deposited 혹은 초기화 시켜 사용한다. 정보를 기록하기 위해서는 픽업에 공급된 파워가 초점이 맞추어진 상태로 aperture array를 통과해 근접장내에 위치한 매체의 국부적인 위치를 조사해 상변화를 유도함으로써 비정질 기지에 결정질 마크 혹은 이 역으로 정보가 기록되고 이들 두 상태의 반사도가 상이한것을 이용해 2진법의 0과 1에 대응시켜 정보를 기록하고 읽어 낸다.

한편, 매체의 기록층이 광원의 근접장 내에 안전하게 존재하도록 하기위해 두 개의 plate 사이에 존재하는 spacer의 두께와 Z-spacing을 합이 근접장 영역 내에 오도록 spacer와 Z-spacing의 거리를 조절한다. 가령, aperture가 65 nm이고 spacer가 40nm의 두께라면 Z-spacing은 25 nm로 한다. 여기서 25 nm정도의 거리조절은 probe를 이용하는 near-field 시스템과는 달리, 완전히 접촉된 상태에서 멀어지는 것이므로 단지 PZT의 전압을 조절함으로써 가능하다.

기존의 근접장 방식에서는 광 fiber를 첨예화 시킨 후, 금속 반사막을 증착과 fiber 끝의 금속막을 제거를 통해 빛의 파장보다 훨씬 작은 개구를 만들어 사용였다. 그러나, 이 방법은 제작이 어려울 뿐만아니라 탐침과 매체의 손상을 초래할 가능성이 매우 높은 결점이 있다. 그래서 본 발명에서는 광섬유 대신에 aperture array를 사용하며, 이를 위해서는 다음과 같은 방법이 사용된다. 일차적으로 렌드(land)와 그루브(groove) 혹은 평판 (Si-wafer 혹은 injection molded polycarbonate)의 기판위에 반사층 (예: ∼100nm Al)을 스퍼터링 방법으로 성막하고, PR을 spin coating한 후, 하전을 띤 입자(전자)에 외부에서 전자기장을 걸어주어 가속시켜 얻은 서브-엥스트롬 (∼0.1A) 파장의 전자빔 (electron beam)을 이용해 aperture array의 pattern을 만든다. 다음으로, 이것을 etchant에서 식각해 최종적인 aperture를 만드는 전자빔 lithography가 이용될 수 있다. 혹은 금형을 사용한 플라스틱 성형법을 이용하면 대량의 aperture도 염가로 제작할 수 있다

광 파장 이하의 공간에서 제어된 전자기적 상호작용을 매개하는 evanescent field (물질표면에 가까운 영역)를 정보의 저장과 판독에 이용함으로써 회절한계를 극복한 기록밀도의 향상이 가능하다. 이는 대물렌즈로 레이저 광을 집어넣기 위해서는 회절광이 이용되고 그 결과, spot 지름은 회절한계로 정해지지만, 근접장을 이용한 광기록에서는 위에서 언급한 바와 같이, 얻을 수 있는 스팟의 크기가 회절에 의한 제약을 받지 않아 고밀도화의 달성이 용이하다. 특히, 본발명의 아이디어를 활용함으로써, 현재까지는 광 fiber를 첨예화 시킨 후, 금속 반사막을 증착과 fiber 끝의 금속막을 제거를 통해 빛의 파장보다 훨씬 작은 개구를 만들어 사용할 때 생기는 탐침과 매체의 손상 및 접근속도의 지체 문제를 해결할 수가 있다. 가령, 이제까지 설명한 storage방식은 현재 사용되는 CD-ROM보다 훨씬 높은 기록밀도의 구현이 가능하며, 현재 연구되고 있는 near-field 시스템에 비해서도 다음과 같은 장점이 있다.

(a) probe와 기록면간의 거리조절을 위한 복잡한 구조와 장치가 불필요하다. 앞에서 설명한 바와 같이 spacing을 위한 PZT 전압조절만이 필요하며 feedback도 필요 없다. (b) 제작이 어려운 probe 대신에 전자빔 lithography와 같은 방법으로 균일한 aperture를 만들 수 있고, 금형을 사용한 플라스틱 성형법을 이용하면 대량의 aperture도 염가로 제작할 수 있다. (c) probe를 사용하지 않고, data가 내부에 존재하기 때문에 현재의 CD-ROM 처럼 휴대하거나 만져도 쉽게 손상되는 것을 피할 수 있다. 또 표면에 흠집이 생겨도 data를 읽는데 크게 지장을 주지 않아, data의 기록면과 aperture 손상 가능성을 줄일 수 있다. (d) aperture가 array형태로 되어있으므로, 병렬로 읽고 쓰기가 가능한 구조를 만들수 있고, 이를 통해 data전송속도의 증가는 물론 access 시간을 단축시킬 수 있다. (e) Player 혹은 driver의 구조가 간단해 진다. 즉, 근접장을 이용하는 현재의 시스템은 거리조절 뿐만 아니라 vibration isolation이 필수적이나, 제안된 방식은 진동에 민감하지 않아 player 구조를 단순화 시킬 수 있는 강점이 있다.

그림2와3은 본 발명에 근거한 정보의 기록과 재생에 활용될 시스템과 매체를 도식적으로 나타낸 그림이다. 기록매체의 경우, 그 제조방법에서 기술한바와 같이 기판상에 반사층, 유전체층, 기록층, 유전체층, 보호층으로 구성되어 있으며, 이 경우 빛은 위에서 입사하여 aperture를 통과해 기록층에 닿고, readout을 담당하는 detector도 광원과 같은 방향에 위치한 경우이다. 재생 전용의 경우는 기판 위에 오직 반사층과 보호층 만으로 구성된다. 한 적용 예를 이론적으로 계산해 보면 종래의 방식에 비해 기록밀도의 향상이 현저하다는 결과를 얻게 된다. 가령, 기록면에는 data를 기록하되 1bit의 크기를 aperture의 크기와 동일하게 70nm로 하고, bit간의 간격 역시 70nm로 하면, 1bit가 차지하는 면적은 140x140 nm²이 된다. 이때 1㎠의 면적에 기록될 수 있는 정보의 양은 10⁷X10⁷/140X140이 되어 약 640 MB가 된다. 이를 현재 사용되고 있는 CD ROM의 기록면적과 같은 크기로 만든다면 640Mbyte X 86(CD-ROM의 기록면의 면적은 약 86 ㎠) 이 되어 약 55 Gbyte의 기록이 가능해 진다. 만일 트랙의 간격은 그대로 두고, bit간의 간격을 반으로 줄인다면 (DVD와 같은 방법), 기록밀도는 1.27GB/㎠이 되고 CD-ROM 면적에 109 GB의 기록이 가능하다.

Claims (8)

1. 빛의 근접장을 이용한 정보의 기록과 재생 밥법, 특히 근접장으로 정보를 기록하고 읽어내기 위해 aperture array를 사용하는 것을 특징으로 하는 읽기전용 및 서환가능(rewritable)한 광기록 시스템 및 기록매체.
2. 정보의 기록과 재생을 위해 매체상에서 빛의 근접장을 guiding(macro- and/or micro-servo)할 목적으로 렌드 혹은 그루브 및 이 두 형상을 포함하는 기록매체.
3. 기록매체를 근접장 내로 균일하게 위치 (일정거리로 유지)토록 spacer를 사용하고, 디스크 구조가 매체의 기록층이 근접장에 늘 놓일 수 있게 설계된 근접장 광 기록 시스템 및 그 매체, 그 결과 탐침(probe)과 기록매체 간의 거리조절을 위한 복잡한 구조와 장치를 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는 근접장 광기록 매체 및 그 시스템,
4. Aperture array와 기록매체 사이의 간격을 일정하게 유지함과 동시에 외부로부터의 각종 오염(예, 먼지, 지문)이나 손상을 막을 수 있게 밀봉 (sealing)된 디스크 구조.
5. 청구항(4)의 긍정적 결과로서, removable storage의 구현을 가능케하는 광기록 시스템 및 그 매체,
6. Aperture array와 매체의 상대적 운동에 의해 micr-servo가 가능하도록 설계된 근접장 광기록 시스템,
7. 기록과 재생이 한쪽에서 가능하도록 기판상에 빛의 반사층이 존재하고, 이 위에 정보의 기록층과 보호층이 샌드위치 구조 (reflection mode)로 되어있는 광기록 매체.
8. 기록과 재생이 양쪽에서 가능하도록 기판상에 반사층이 존재하지 않는 디스크구조 (transmission mode)로 되어 있는 광기록 매체.