KR20010011646A - 강유전체를 매체로 하는 정보 저장 장치 - Google Patents

강유전체를 매체로 하는 정보 저장 장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 정보저장장치(Data Storage Device)에 관한 것으로서, 특히 광-강유전 방식(FO 방식)의 정보저장장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
본 발명은 강유전체의 분극 반전을 기록 수단으로 이용하는 정보저장장치를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은 정보저장장치에 있어서, 정보기록매체로서의 강유전체박막; 상기 강유전체박막에 전기장을 인가하여 상기 강유전체박막에 분극을 발생시켜 정보를 기록하기 위한 정보기록수단; 및 상기 강유전체박막에 광을 조사하고 반사된 광의 특성을 측정하여 상기 강유전체박막의 분극방향에 따른 정보 상태를 읽기 위한 정보읽기수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 정보의 저장 장치 등에 이용됨.

Description

강유전체를 매체로 하는 정보 저장 장치 {Data Storage Device with Ferroelectric Media}
본 발명은 정보저장장치(Data Storage Device)에 관한 것으로서, 특히 강유전체를 매체로한 광-강유전 방식(FO 방식)의 정보 저장 장치에 관한 것이다.
정보화가 고도화됨에 따라 정보저장 장치의 고용량, 고속화가 급속하게 진행되고 있으며, 기록/재생이 가능한 고속, 고밀도 정보 저장 장치의 요구가 높아지고 있다.
일반적으로, 광저장 장치는 광자기(Magneto-Optic) 방식(통상 "MO방식"이라함)과 상변환(Phase Change) 방식(통상 "PC방식"이라함)을 이용한 저장 장치가 주류를 이루고 있다.
광자기 방식(MO 방식)의 정보 저장 장치는 정보 저장 매체로서 강자성 물질을 사용하여 매체의 자기 모멘트의 방향을 외부 자기장으로 변화시킴으로써 정보를 기록하고, 기록된 정보를 읽을때에는 레이저광을 강자성 물질에 조사하여 자기 분극에 의해 변형된 편광을 측정하는 방식을 이용한다. 광자기 방식에서 사용되는 매체에 정보를 기록하기 위해서는 강한 레이저 광을 자기 도메인(magnetic domain)에 입사시켜 강자성 물질의 온도를 큐리 온도(Curie Temperature)이상으로 상승시키고 자기 헤드(magnetic head)에 감긴 코일에 특정한 방향으로 전류를 흘려 주어 매체에 자기 분극(magnetic polarization)을 발생시키는 방법을 사용한다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 광자기 방식의 정보저장장치는, 자기 헤드는 영구자석이나 전자석으로 제작하는데, 자기장을 좁은 공간에 국소적으로 인가하기가 어렵기 때문에 자기 도메인의 크기를 줄여 정보 저장 직접도를 높이는데 한계를 가지고 있다는 문제점이 있다.
한편, 상변환 방식(PC 방식)의 광저장 장치는 강한 레이저 광으로 매체 구조의 결정질-비결정질 상전이(crystalline-amorphous phase transition)를 유도함으로써 정보를 기록하고, 서로 다른 상(phase)의 굴절률의 차이를 레이저 광의 세기(intensity) 변화로써 측정하여 기록된 정보를 읽어내는 방식을 사용한다. 차세대 DVD-RAM의 경우 상변환 방식의 광 저장 장치로 표준화가 진행되고 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 상변환 방식의 정보저장장치는, 강한 레이저 광을 입사하여 매체의 온도에 의한 물질의 구조 변화를 이용하므로, 기록속도가 늦고, 기록/재생이 반복됨에 따라 상전이에 수반되는 매체의 열화등에 의해 물질의 변형이 일어날 수 있는 문제점이 있다.
상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 강유전체의 분극 반전을 기록 수단으로 이용하여 고집적, 대용량 및 고속 동작을 구현하는 정보 저장 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 강유전체를 매체로 하는 정보 저장 장치의 개념을 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명에 따른 강유전체 매체를 구현하기 위한 공정의 일실시예 개념도.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 광-강유전 방식(FO 방식)의 정보 저장 장치를 나타낸 개념적 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 기판 (Substrate)
2 : 전극 (Electrode)
3 : 도메인 경계 (Domain Wall)
4 : 강유전체 (Ferroelectric Material)
5 : 전기장을 인가하기 위한 미세 전극 (Electrode)
6 : 광 픽업 장치 (Optical Pickup Device)
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 정보저장장치에 있어서, 정보기록매체로서의 강유전체박막; 상기 강유전체박막에 전기장을 인가하여 상기 강유전체박막에 분극을 발생시켜 정보를 기록하기 위한 정보기록수단; 및 상기 강유전체박막에 광을 조사하고 반사된 광의 특성을 측정하여 상기 강유전체박막의 분극방향에 따른 정보 상태를 읽기 위한 정보읽기수단을 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 기존의 광자기 방식이나 상변환 방식보다 정보 저장의 직접도를 높이고, 고속으로 기록/재생이 가능한 새로운 형태의 광 저장 장치인 광-강유전 방식(Ferroelectro-Optic, 이하 "FO 방식"이라함)의 정보 저장 장치로서, 정보 저장 매체로 강유전체를 사용하고, 외부에서 인가된 전기장에 의한 강유전체의 유도 분극을 이용하여 정보를 매체에 기록하며, 기록된 정보는 빛과 강유전체의 분극과의 상호작용에 의해 변화된 빛의 특성 변화를 측정하거나 탐침을 이용하여 읽을 수 있는 정보저장장치이다.
즉, 본 발명에서 제시하는 FO 방식의 정보 저장 장치는 강유전체 도메인으로 구분되는 비트셀(bit cell)을 강유전체 박막으로 하여 외부의 미세 전극에서 인가되는 전기장에 의한 강유전체 도메인의 분극 반전을 이용하여 정보를 기록하고, 레이저 광과 분극과의 상호작용등에 의한 광 특성의 변화나 미세 탐침 등의 읽기 수단을 이용하여 기록된 정보를 읽어내는 정보 저장 장치이다.
본 발명의 정보저장장치에서 강유전체 물질로는 SBT(SrBi2Ta2O9)를 적용하는 것이 바람직한바, 여러 강유전체 물질 중 특히 SBT는 분극반전의 횟수가 1012이상 가능하고, 분극반전의 반복에 따른 피로 파괴 현상이 거의 일어나지 않으며, 외부 전압이 인가되었을 때 분극이 반전되는 시간이 수~수십nsec 정도이기 때문에 고속 정보 저장 장치의 구현에 적합한 물질이다. 또한 강유전체는 한번 일정한 방향으로 생긴 분극의 유지 시간이 10년이상이기 때문에 이상적인 정보 저장 매체이다.
정보가 기록되는 강유전체 도메인의 크기는 분극이 발생한 영역의 크기로서, 통상의 경우 우수한 박막 공정에 의해 수십~수백㎚정도의 크기로 형성할 수 있으므로 대용량의 기록 매체로 적합하다. 또한 외부 전기장에 의한 유도 분극(Polarization) 반전을 정보의 기록 수단으로 이용하므로 이 과정에 수반되는 열이 미미하여 기존의 방식보다 획기적으로 직접도와 정보 기록의 정확성을 높일 수 있고, 정보 기록 속도를 메모리 소자 수준으로 높일 수 가 있으므로 이상적인 정보 저장 장치를 구현할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 광-강유전 방식의 정보저장 소자를 제시하여 종래의 광저장 방식보다 직접도를 높이고, 긴 정보 유지 시간과 짧은 기록/재생 시간등 우수한 정보 저장 장치를 구현하고자 한다.
이하, 도 1 내지 도 3 을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명이 적용되는 강유전체를 매체로 하는 정보 저장 장치의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제시한 강유전체를 매체로 하는 정보 저장 장치는 기판(1) 위에 금속박막(2)을 증착하고, 정보 저장 매체인 강유전체 박막(4), 기록을 하기 위해 필요한 외부 전극(5)이 부착된 픽업 장치 및 도메인 경계(3)로 이루어 진다.
즉, 절연성 기판(1)위에 증착된 금속 박막(2)과, 금속 박막위에 증착된 강유전체 박막(4)으로 구성된 매체와, 강유전체 박막에 외부 전기장을 인가하여 분극을 발생시키는 미세구조의 전극(5)이 부착된 픽업 장치로 구성되어 있다.
금속 박막(2)은 미세 전극(5)과 강유전체 도메인간의 전압차를 줄 때 매체쪽을 접지하기 위해 사용되며, 정보를 읽을 때 레이저 광을 반사하는 역할을 한다. 금속 박막(2)을 강유전체 박막(4)과 외부 전기장을 인가하는 미세 전극(5)사이에 전압차를 두기 위하여 접지시키고, 강유전체의 분극을 유도하기 위하여 미세 전극(5)을 기록하고자 하는 장소로 이동시켜 임계전압 (±Vc) 이상을 인가하면, 미세 전극(5)이 위치한 비트셀에서만 분극이 발생한다.
강유전체 도메인은 기록된 비트셀로 구분이 되는데, 각 강유전체 도메인은 외부에서 인가된 전기장에 의해 발생한 분극이 있는 영역을 말하며, 자발적으로 발생한 도메인 경계(3)로 분리되어 있어 비트셀 내부에서만 분극방향이 일정하게 된다.
강유전체는 외부에서 인가하는 전기장의 방향에 따라 강유전체 결정을 구성하는 내부 원자의 변위가 일어나 특정한 방향성을 가지는 분극을 발생하고, 같은 방향으로 정렬된 분극들의 모임이 독립적인 강유전체 도메인에 의해 분리되는데 각 도메인에 유도된 분극이 바로 기록된 정보가 된다. 이를 위하여 정보를 한 비트씩 기록할 때 하나의 강유전체 도메인에만 국소적으로 일정한 방향으로 분극이 유도되도록 기록 수단으로서 미세 전극(5)을 매체 상부의 기록 헤드(도면에 도시되지 않음)에 부착하여 외부 전기장을 가해 준다. 도메인 내부의 분극은 Coercive Field 이상의 외부 전기장이 인가되지 않는 이상 오랜 시간동안 유지된다.
도 1 에서 강유전체 박막(4) 내부에 도시된 화살표는 외부의 미세 전극(5)에 의해 발생하는 분극을 나타낸 것으로써, 정보를 기록하였을 때 자발적으로 발생하는 강유전체 도메인 내부의 분극을 개념적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명에 따른 강유전체 매체를 구현하기 위한 공정의 일실시예 개념도로서, 상기 구조의 정보 저장 매체를 제작하는 방법의 한 예가 제시되었다.
도 2a 는 기판(1)위에 금속 전극(2)을 증착시킨 후의 단면도이다. 금속전극(2)은 통상의 물리증착, 또는 화학 증착을 이용하여 박막으로 증착시키고, 그 재질로는 강유전체와의 접합이 우수한 금속, 예컨대 백금(Pt)을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2b 는 상기의 기판(1)과 금속 박막(2)위에 강유전체 박막(4)을 증착한 후의 단면도이다. 앞서 언급하였듯이 강유전체는 SBT를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 미세전극(5)으로 인가한 전기장에 의해 기록된 비트 정보는 여러 가지 읽기 수단을 이용하여 정보를 재생할 수 있다. 기록/재생의 수단이 구비된 광-강유전 방식의 정보 저장 정치의 일 예를 도 3 에서 보여 준다.
도 3 은 본 발명에 따른 광-강유전 방식(FO 방식)의 정보 저장 장치의 일실시예 개념도 이다.
도 3 에 도시된 바와 같이 미세 전극과 매체의 아래쪽에 위치한 금속층에 강유전체의 유도 분극을 발생하기 위해 전압차를 줌으로써 각 비트셀에 정보를 기록하고, 기록된 정보는 광 픽업 장치(7)를 이용하여 읽을 수 있다.
광 픽업 장치(6)는 반도체 레이저등의 광원과 광을 집속하기 위한 렌즈 시스템, 매체에서 반사된 빛을 검출하기 위한 검출기로 구성된다. 매체에 기록된 정보를 읽기 위하여 레이저 광을 매체에 집속시키면 강유전체의 분극과 레이저 광과의 상호작용에 의해 분극의 방향에 따라 반사된 광의 특성이 달라진다. 따라서 이 반사된 광 특성을 측정함으로써 분극의 방향, 즉 기록된 정보를 읽어낸다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 강유전체의 분극반전을 외부 미세전극으로 유도하여 비트 정보를 기록하고, 광 픽업 장치를 이용하여 기록된 정보를 읽을 수 있으며, 강유전체로 이루어진 비트셀은 각 강유전체 도메인으로 분리가 되기 때문에 기존의 광자기 방식이나 광저장 방식보다 직접도에서 우수할 뿐만아니라, (본 광-강유전 방식(FO 방식)의 저장 소자는) 전기장에 위한 강유전체의 분극이 반전이 빠르기 때문에 기존의 저장 장치보다 기록/재생 시간이 빠르며, 간단한 구조의 전기장 인가 장치와 광픽업 장치를 이용하므로 작은 크기의 비트셀에 읽고 쓰기가 가능하고, 픽업 장치를 경량화할 수 있어 고속으로 정보를 읽고 쓰기가 가능하다는 우수한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 정보저장장치에 있어서,
    정보기록매체로서의 강유전체박막;
    상기 강유전체박막에 전기장을 인가하여 상기 강유전체박막에 분극을 발생시켜 정보를 기록하기 위한 정보기록수단; 및
    상기 강유전체박막에 광을 조사하고 반사된 광의 특성을 측정하여 상기 강유전체박막의 분극방향에 따른 정보 상태를 읽기 위한 정보읽기수단
    을 포함하여 이루어진 정보저장장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강유전체박막은 금속박막상에 형성되는 것을 특징으로 하는 정보저장장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정보기록수단은,
    상기 강유전체박막 상부에 위치한 미세전극을 구비하고, 상기 금속박막과 상기 미세전극 간에 전압차를 유발하여 상기 강유전체박막에 전기장을 인가하도록 구성됨을 특징으로 하는 정보저장장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정보읽기수단은,
    레이저 광원;
    상기 강유전체박막에 조사되는 레이저 광을 집속시키기 위한 접속렌즈; 및
    상기 강유전체박막에서 반사된 광을 검출하기 위한 검출수단
    을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 정보저장장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속박막은 상기 강유전체박막과 접착력이 우수한 백금임을 특징으로하는 정보저장장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 강유전체박막은 SBT(SrBi2Ta2O9)임을 특징으로하는 정보저장장치.
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