KR200197705Y1 - 유기초박막 파장다중기록소자 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유기초박막 파장다중기록소자에 관한 것으로서, 보다 상세히는 유기분자를 기판 위에 여러 가지 제막방법을 이용하여 박막화시키고 이들이 전기·광학적으로 반응하는 특성을 이용 초박막형 소자로 제작, 정보를 기록, 재생할 수 있도록 한 것이다.

즉 본 고안은 광흡수 반응을 이용한 유기분자 파장다중기록소자(1)에 있어서, 수정 또는 유리로 구성될 수 있는 기판(2)의 표면에 서로 다른 파장을 형성할 수 있도록 유기분자막(3)을 병렬로 증착시키되, 유기분자막(3)에 광에너지를 조사하여 파장다중광기록하고, 전계를 인가하여 파장다중전계기록할 수 있도록 하거나, 유기분자막(3)의 하측에 투명전극(ITO)(5)을 상측에는 금속전극(6)을 부착하여 유기분자막(3)이 가지는 광흡수 반응으로 유기분자가 가지는 분자정보를 전기적으로 검출하거고, 유기분자막(3)에 전계를 인가하여 분자정보를 임의적인 조건으로 변화할 수 있도록 하거나, 기판(2)과 유기분자막(3)을 포함하는 기록소자를 진공커버 (4)로 씌워 조사되는 광에너지의 열적 안정성을 확보할 수 있도록 한 것에 본 고안의 요지가 있다.

Description

유기초박막 파장다중기록소자{Multi-channel wave length recording element of ultra laminated organic film}

본 고안은 유기초박막 파장다중기록소자에 관한 것으로서, 보다 상세히는 유기분자를 기판 위에 여러 가지 제막방법을 이용하여 박막화시키고 이들이 전기·광학적으로 반응하는 특성을 이용 초박막형 소자로 제작, 정보를 기록, 재생할 수 있도록 한 것이다.

현재 널리 알려진 기록소자는 자기테이프와 광디스크로 광디스크는 게임기, 가라오케, 멀티미디어, PC, 비디오 등 넓게 보급되어 사용되고 있는 대용량 메모리의 대표이다.

예를 들면 방송분야에서는 막대한 양의 화상정보를 취급하기 때문에 기록용량이 크고 전송속도가 빠른 VTR을 중심으로 한 자기기록시스템이 대부분 사용되고 있다.

광디스크의 기록용량이나 전송속도는 충분하지는 않지만, VTR에 비해서 비접촉 방식으로 고속랜덤억세스의 특징을 가지고 있으므로 이것을 이용해서 비교적 방송시간이 짧은 방송제작 등에 이용되기 시작하고 있다.

따라서, 다가오는 장래의 방송에서는 하이비젼·입체TV 등 현재보다 더욱 대량의 정보를 방송제작·운용·보존에 이용하기 위해 대용량이면서도 고속 억세스가 가능하고 전송속도가 빠른 기록시스템이 요구되고 있다.

이 때문에 고밀도로 초대용량화 된 광테이프나 고속억세스가 가능한 초고밀도 광디스크 등의 광기록 시스템이 기대되고 있는 실정이다.

그 대표적인 것이 유기초박막 파장다중기록소자이며 이는 지금까지 여러 종류가 개발되었으며 현재에도 박막제막 방법의 발달로 널리 연구 중에 있는 기초소자 개발분야의 하나이다.

기존의 유기물 소자는 유기분자가 가지는 전기·광학적인 안정성이 부족하여 그 응용성이 다소 부족한 것이 사실이다.

즉, 온도, 광, 고전계 등에 매우 약하며, 소자가 가지는 정보의 입·출력에 많은 문제점을 가지고 있어 유기분자를 이용한 소자의 발전에 장해 요인이 되었다.

특히, 유기분자를 이용한 정보의 입·출력은 기존의 반도체 등의 정보저장 용량에 비하여 그 수준이 낮으며, 이용에도 많은 한계를 가지고 있어 이들의 이용분야 확대는 어려웠다.

그러나 최근에는 박막의 제막방법이 발전하고 새로운 전기·광학적인 물질의 합성을 통하여 응용성이 확대되고 있으며, 유기물 박막이 가지고 있던 문제점과 한계를 극복하는데 필요한 기술력이 축적되고 있다. 특히, 유기소자가 가지는 낮은 신뢰성을 회복하고 박막소자가 가지는 안정성이 향상된다면 정확성과 응용성이 높은 정보데이터의 제공이 가능할 것이다.

따라서 본 고안은 광반응에 의한 정보처리용 유기초박막 파장다중기록소자에 유기분자를 이용하여 소자의 개발이 이루어졌으며, 다종막 형태로 기록 능력의 향상과 정보의 다중복합화가 가능하여 제공하는 정보의 신뢰성과 비밀유지 등이 필요한 곳에 응용성이 있다. 또한, 전기·광학적으로 반응하는 기존의 유기분자를 이용한다면 재료의 이용에 제한이 없고, 복합적인 정보의 입·출력이 가능한 소자가 용이하게 제작 가능하다. 본 고안은 현재의 광기록의 기록기술을 한 차원(1 order) 이상 향상시키는 것을 목표로 개발하였다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하고 전기·광학적인 반응성을 가진 유기분자를 이용하여 초박막소자로 제작하였으며, 정보기록에 의한 새로운 광흡수의 반응에서 나오는 복합적인 신호의 기록처리가 가능하도록 유기초박막 파장다중기록소자를 제공하는데 기술적 과제를 두고 본 고안을 완성한 것이다.

즉, 본 고안은 유기분자를 다종막(병렬형)형태로 제작하고, 제작한 다종막은 각각 고유의 광흡수 및 광전 특성을 가지고 있는 물질을 이용한다. 이러한 각각의 유기분자는 전기·광학적인 반응이 일정하며, 고유의 광학적인 흡수 및 광전반응을 가지고 있어 이들의 전기적 반응(광전류)·광학적(흡수반응) 신호를 이용하면 고유의 정보를 저장하거나 저장된 정보의 검출이 가능한 특징이 있다.

또한 소자가 제작된 상태로 이용도 가능하지만, 장기적인 기록정보의 유지를 위해서는 진공커버를 사용한 소자를 제작하여 외부의 조건변화와 자극에 대하여 내구성이 있도록 한 것이다.

다종형태의 유기초박막 파장다중기록소자는 단일박막 소자보다 제작 단계부터 신뢰성 있는 데이터 정보의 확보가 가능함으로써 종래 기술에 비하여 기술적으로 비약적인 발전이 이루어졌다고 할 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예를 도시한 사시도

도 2는 본 고안의 다른 실시예를 도시한 사시도

도 3은 본 고안의 구성에서 유기분자 각각의 광반응 기록특성 측정 시험결과에 의한 광흡수 반응도

도 4는 복합된 다중혼합 광반응특성 측정 시험결과에 의한 광흡수 반응도

☞도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명☜

1 : 파장다중기록소자 2 : 기판

3 : 유기분자막 4 : 진공커버

5 : 투명전극 5 : 금속전극

도 1은 본 고안의 일 실시예의 사시도이고, 도 2는 본 고안의 다른 실시예의 사시도이며, 도 3은 본 고안의 구성에서 유기분자 각각의 광반응 기록특성 측정 시험결과이며, 도 4는 복합된 다중혼합 광반응특성 측정 시험결과이며, 이하 본 고안의 구성을 상세히 설명키로 한다.

본 고안은 유기분자를 진공증착, 스핀코팅(Spin coating), 유기분자 이온빔증착장치(OMBD, Organic Materials Beam Deposition)를 이용하여 다종막 형태로 제작가능한 소자이며, 유기분자를 균일한 두께의 다종막 형태로 제작한 소자가 전기광학적으로 반응하는 특성을 이용하여 각종 기록을 입·출력할 수 있도록 한 것이다.

본 고안의 파장다중기록소자(1)는 하부를 수정 또는 유리로 구성될 수 있는 기판(2)을 마련하고, 기판(2) 상부에는 서로 다른 파장을 형성할 수 있도록 유기분자를 진공증착법, 스핀코팅법, OMBD법, Langmuir-Blodgett(LB)법을 이용하여 제막하여 유기분자막(3)을 병렬로 증착시켜 유기분자막(3)에 광에너지를 조사하여 파장다중광기록하고, 전계를 인가하여 파장다중전계기록할 수 있도록 하고, 이를 진공커버(4)에 넣어서 진공한다.

상기 파장다중기록소자(1)는 유기분자가 다층막의 형태로 제막될 때 유기분자막(3)의 하측에는 투명전극(산화질화물, Indium Tin Oxide)(5)을 상측에는 금속전극(6)을 부착하여 유기초박막이 가지는 광흡수 반응으로 유기분자막(3)이 가지는 분자정보를 전기적으로 검출하거나, 상기 전극으로 유기분자막(3)에 전계를 인가하여 분자정보를 임의적인 조건으로 변화할 수 있도록 한다.

상기 파장다중기록소자(1)는 에너지를 인가하는 방법에 따라 유기분자막(3)를 이용한 서로 다른 형태의 유기분자막(3) 소자를 제작할 수 있다.

즉 전기적인 방법으로는 전계를 인가할 수 있고, 광학적인 방법으로는 광에너지를 인가하는 방법이 있으며 이들을 동시에 인가하는 방법도 가능하며, 전기적인 에너지 인가와 동시에 광학적인 에너지 인가가 가능하고, 동시에 검출하는 방법도 전기·광학적인 방법에 의해 광전류, 광흡수파장의 복합적인 신호의 검출로 정보의 재생이 가능하다.

이상과 같이 구성될 수 있는 본 고안은 파장다중기록소자(1)에 다수의 유기분자막(3)를 균일한 두께로 제막하여 이들의 전기·광학적인 특성을 정보의 입·출력 신호로 이용할 수 있도록 한 것으로서 이하 본 고안의 작용을 상세히 설명키로 한다.

즉, 본 고안은 유기분자막(3)이 흡수파장의 사이에 여러 개가 배치된 다종병렬형으로 제막된 형태이며 기판 상부에 제막된 각각의 유기분자들은 광학적으로 고유의 흡수파장을 가진다.

그리고, 소자가 가지는 특징은 초박막형이면서, 유기분자가 여러 가지의 종류로 이루어져 있기 때문에 정보의 입·출력 대상에 따라 여러 종류의 유기분자를 제막할 수 있다.

이하 본 고안의 파장다중기록소자의 기록원리 및 LB법에 의한 파장다중기록 또는 에너지인가에 의한 파장다중광전기록을 하는 것을 설명한다.

1. 기록원리

색소 유도체(유기분자막(3))는 포토크로믹(Photochromic) 재료로, 특정의 파장의 광에 반응해서 분자구조가 변화하고, 착색(소거)·소색(기록)을 반복하는 성질이 있다. 색소 유도체의 착색은 단량체로서는 흡수대가 넓다. 그러나 분자배열을 제어하고, 쌍극자-쌍극자 상호작용에 의해 분자가 몇 개 모인 회합체를 형성하면 흡수 스펙트라가 쫍은 흡수대화하는 것이 가능하다.

다른 파장에 좁은 흡수대를 가진 색소 유도체의 회합체를 조합하면 각각의 쫍은 흡수대파장으로 선택적으로 착색·소색하는 것이 가능하다. 기록은 기록매체에 미소한 광스폿 조사로서 선택적으로 흡수대를 소멸시키는 것으로 한다(착색체⇔소색체). 흡수대의 반치폭이 좁은 재료에 대해서 재료고유의 최대흡수파장(λ₁, λ₂, ....)으로 발진하는 레이저광을 선택적으로 조사한다. 기록정보의 검출, 즉 재생은 최대흡수파장에서 전체구간의 스펙트라를 포함하는 레이저광을 기록매체에 조사(照射)해서 재료고유 흡수대의 최대흡수파장의 투과광을 검출하는 것으로 되어 있다.

색소 유도체는 분자궤도법을 이용해서 분자의 설계가 가능하며 목표로 하는 파장(λ₁, λ₂, ....)에 선택적으로 광반응시키는 것이 가능하다. 색소 유도체의 최대흡수파장은 치환기의 종류나 결합하는 위치에 의해 장·단파장화 하는 것이 가능하다. 또는 색소 유도체의 분자 회합체 구조에서 그 최대흡수파장을 설계하는 것이 가능하다.

고안된 소자의 최대흡수파장은 다른 색소 유도체의 여러 종을 이용, LB법에 의해 분자배열제어로부터 회합체를 형성하고 좁은 흡수대 특성을 나타내는 기록매체를 얻는 것이 용이하다.

2. LB법에 의한 파장다중기록

색소의 착색체에서 제작한 LB막의 흡수스펙트라는 단분자막의 피크 흡수파장이 장파장측으로 이동하고, 반치폭이 약 30nm의 쫍은 흡수특성을 나타낸다.

한편, 색소의 소색체에서 제작한 LB막은 누적직후는 무색이지만, 자외광의 조사에 의해 착색하고, 단량체와 같은 폭 넓은 흡수스펙트라 특성을 나타낸다. 이것에 광에너지를 수십초 조사하면 열적변형이 생겨, 흡수대가 좁은 흡수강도가 감소하여 회합체가 형성된다. 색소 LB막은 제작조건에 의해 단량체(500nm)에서 피크흡수파장이 장파장측으로 이동한 회합체(600nm)의 막이 얻어진다.

얻어진 기록매체의 흡수 스펙트라의 반치폭은 약 30nm로, 피크흡수파장이 다른 회합체를 50nm사이에 한 개를 배치하면, 가시광역 350∼850nm에서는 10다중이 가능하게된다. 이와 같은 방법에 의해 초소형에서 5인치 지름의 광디스크 크기만큼의 기록매체까지 제작하는 것이 가능하다.

예를 들면 도 1과 같이 5가지의 유기분자를 다종병렬형 소자로 제작할 경우, A 유기분자는 700nm의 흡수 파장을, B는 600nm의 흡수파장을, C 물질은 500nm의 흡수 파장을, .... 이렇게 다양한 흡수파장을 가지는 소자로 제작 가능한 것이다.

따라서 위와 같이 제막된 파장다중기록소자는 색소가 형성하는 회합체(피크 흡수파장: 500∼600)특성을 이용하기 위해 5종류의 LB막을 기록매체로 이용할 수 있다. 기록매체는 회합체 1층의 두께가 약 3.2 nm이며 이것을 각각 10층씩 적층한 것으로(막두께 약 32.0 nm), 흡광도는 0.2∼0.8 (arb. units) 이다.

기존의 색소 유도체를 사용하여, 2파장 이상의 다중파장의 좁은 흡수대(피크흡수파장: 300∼600nm)를 가진 기록매체를 제작하고, 파장다중광기록특성을 평가하면 배치된 색소의 종류에 따라 도 3과 같이 고유의 파장이 형성되는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 고유 파장으로 기록특성의 평가가 가능하다.

3. 에너지인가에 의한 파장다중광전기록

(1) 파장다중광기록

파장다중광기록매체의 기록특성의 평가에 사용하는 광원으로는 색소레이저 (600nm) 및 아르곤레이저(488nm)를 사용하였다. 기록시는 광 화이바(fiber)로 레이저광을 유도하고, 기록특성평가용 광학계를 도입하여 대물렌즈로 집광해서 평가용의 기록매체에 조사하였다. 기록특성의 평가는 현미경분광법에 의해 광조사 부분의 흡광도변화를 측정하였다.

이 기록매체에 회합체의 피크흡수에 대응한 발진파장을 가진 레이저광을 조사한다. 각각의 파장에 선택적으로 기록하기 위해 최적의 레이저파워(4mW)와 레이저 조사시간( ∼10μsec)를 구해서 측정하였다.

소색체 단분자막을 이용 각각의 회합체를 제작한 기록매체에서는 LB법에 혼합하는 지질이나 제작조건의 최적화가 2파장 이상에서 흡광도 변화가 뚜렷하게 구별성이 있어 파장다중광기록이 가능한 것을 보여준다.(도 4)

그러나, 회합체를 착색체의 단분자막에서 제작한 기록매체에서는 레이저조사에 의한 흡광도의 감소가 부분적으로 일어나므로, 그 이상 변화시키려고 하면 그외 다른 파장영역에서의 흡수강도도 동시에 감소한다. 여러 가지의 제작조건을 바꾼 기록매체로 같은 방법으로 측정을 행하였지만, 흡광도 변화는 그다지 크지 않았다.

착색체, 소색체 각각의 단분자막에서 제작한 LB막중의 회합체가 가지는 피크흡수파장이 거의 같으므로 기록매체의 제작방법에 의한 회합체의 기록특성의 차이는 LB막의 회합체구조 차이에 의한 것이 아닌 것으로 생각되어진다. 소색체의 단분자막에서 기록매체를 제작한 경우에는 착색체에서 소색체로의 분자구조가 변화하기 위해 필요한 공간을 확보하는 것이 중요하며, 기록시의 광반응이 효율적으로 진행되고 구별성이 뚜렷한 파장다중광기록을 실현하는 것이 가능하다고 생각된다.

따라서, 각 유기분자는 고유의 흡수파장이 발생하므로 여기에 기록 가능한 정보를 입·출력하는 곳에 미리 입력시켜 놓으면 이들의 정보는 데이터가 되어 검출이 가능한 것이다. 고유파장이 형성되어 있으므로 유기분자 자체의 변형이 없는 한 안정한 정보를 가지고 있는 것이 특징이다.

그리고, 도 3과 같은 기록특성을 광에너지인가 방법에 따라 A와 C, B와 D, A와 C와 E 등 다양한 형태로 에너지를 인가하여 도 4와 같이 이들에서 얻어지는 복합신호를 기록하고 해독하는 방법을 사용하면 복합적인 신호처리가 가능하고, 다종으로 기록매체를 배치할 경우 이론적으로는 수학적인 연산이 가능하도록 응용 가능하다.

유기초박막 파장다중기록소자에서 병렬형은 각각 고유의 유기분자가 서로 다른 위치에서 제막되어 있기 때문에 정보의 검출이 용이한 장점이 있으며, 에너지의 조사위치를 다르게 하여 입·출력정보의 제어가 용이한 장점이 있다.

(2) 파장다중전계기록

이때 본 고안은 초박막(nanometer, ∼10^-9m)형으로 소형화가 가능하기 때문에 단순히 유기분자를 이용한 종전의 기술력에 비해 전기적인 전계 인가 방법과 광학적인 파장을 정보검출의 입·출력신호로 이용하는 것으로 분자정보기술을 한 단계 높였으며, 전기·광학적으로 복합적인 신호를 간단하게 분리하여 검출 가능하다.

또한, 복합적인 정보의 입력은 제막방법에 따라 분자 차원(order)에서 제어가능하고, 전기·광학적으로 응용 가능하도록 결정하는 것이 가능하여 검출 신호를 암호화한다면 유기분자 고유의 광전류의 크기와 광흡수파장의 변화를 통하여 이들 정보의 공유가 가능할 수 있다.

그리고 본 고안은 3가지 파장다중기록방법에서 유기분자를 사용하는 단점을 보완하기 위하여 제작된 유기초박막 파장다중기록소자를 진공커버 안에 넣어서 안정성을 향상시키고 작용 시 외부조건 변화에 의한 내구성을 향상시켜 전기·광에너지 조사에 의한 안정성 변형을 최소화하였다.

이상과 같이 구성되고 작용하는 본 고안은 기존의 유기막이 가지는 두께의 불안정을 해결하여 유기분자를 작동소자의 에너지 및 정보전달 매개체로 이용하였으며, 유기막을 다종형 초박막으로 제작하여 유기분자가 가지는 고유의 특성을 이용하였다.

본 고안 파장다중기록소자(1)는 기존의 각종 유기물 소자보다 전기·광학적으로 불안정한 문제, 에너지 조사에 의한 산화, 온도영향에 의한 변형 등의 결점을 해결하였다. 그리고 지금까지 연구된 유기막 형태의 각종 소자에서 항상 문제되어온 외부 영향과 초보적인 연구·개발 단계에서 많이 지적된 조건변화 등의 문제를 해결하고, 전기·광학적 응용성이 다양한 유기초박막이 제작되도록 유도하는 데 큰 역할이 기대된다.

기능성 파장다중기록소자(1)의 제작에 필수적인 유기막 기술의 개발로 새로운 파장다중기록소자(1)의 개발과 응용을 촉진할 것이고, 우리 나라 과학기술과 산업적 국가 경쟁력을 제고할 것으로 기대되며, 기능성 향상과 크기의 소형화를 통하여 제조원가를 절감하고 값싸게 제조할 수 있으며, 이를 초박막형, 대용량 메모리소자에 응용하여 새로운 첨단 산업을 창출할 수 있을 것이다.

따라서 본 고안을 통하여 연구·개발수준을 제고할 수 있으며, 연구·개발기술의 융합을 통한 에너지효과를 창출할 수 있고, 기존 광전자 산업의 고부가가치화 및 첨단 기술산업의 창출이 기대되는 등 상기에서 언급한 것 이외에 본 고안으로 인한 여러 가지 측면의 기대 및 파급효과를 득할 수 있는 매우 우수한 고안이다.

특히, 소자의 기록밀도를 비약적으로 향상시키기 위해 파장다중광기록에의 기대는 크다. 색소유도체를 사용한 기록매체에는 더욱 좁은 흡수대화에 의한 고다중화를 개발 중에 있다. 그러나 현재 기록시 광반응의 고효율화, 기록, 소거가능회수나 열적 안정성 등의 과제가 남아있다. 이러한 과제에 대해서는 광반응이나 광반응에 관여하는 분자구조의 해명이 중요하다. 또한 고다중의 기록을 실현하는 것에는 기록매체 이외에도 데이터의 고속기록·읽기 등의 기술이 필수적인 항목이다. 그렇기 위해 고감도의 기록매체에 의해 기록 속도 향상과 미소한 흡수의 변화를 고감도로 검출하는 방법의 개발과 멀티미디어를 이용한 다중기록처리 등의 방법의 개발이 기대된다.

현재 연구개발이 활발한 광스폿을 미소화하는 초해상도기술이나 주사형터널현미경기술을 파장다중기록을 조합시키면, 곧 기록의 고밀도화를 그릴 것이 가능할 것 같다. 머지 않은 장래에 하이비젼, 입체TV 등에 이용하기 위해 장시간기록 가능한 소형디스크의 실현을 위한 기초기술의 하나로 그 활용도가 상당히 크다.

Claims (3)

1. 광흡수 반응을 이용한 유기분자 파장다중기록소자(1)에 있어서,

   수정 또는 유리로 구성될 수 있는 기판(2)의 표면에 서로 다른 파장을 형성할 수 있도록 유기분자막(3)을 병렬로 증착시키되,

   상기 유기분자막(3)에 광에너지를 조사하여 파장다중광기록하고, 전계를 인가하여 파장다중전계기록할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 유기초박막 파장다중기록소자.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유기분자막(3)의 하측에 투명전극(ITO)(5)을 상측에는 금속전극(6)을 부착하여 유기분자막(3)이 가지는 광흡수 반응으로 유기분자가 가지는 분자정보를 전기적으로 검출하거나,

   상기 전극으로 유기분자막(3)에 전계를 인가하여 분자정보를 임의적인 조건으로 변화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 유기초박막 파장다중기록소자.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   기판(2)과 유기분자막(3)을 포함하는 기록소자를 진공커버(4)로 씌워 조사되는 광에너지의 열적 안정성을 확보할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 유기초박막 파장다중기록소자.