KR20050026754A - 프로브 기술을 이용한 저장 기기의 데이터 기록방법 - Google Patents

프로브 기술을 이용한 저장 기기의 데이터 기록방법 Download PDF

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Abstract

프로브 기술을 이용한 저장 기기의 데이터 기록방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 발명의 데이터 기록 방법은 데이터 읽기 및 쓰기에 사용되는 저항 탐침(resistive probe)과 상기 저항 탐침에 의해 데이터가 기록되는 강유전막 기록매체와 상기 강유전막 기록매체 밑면에 하부전극을 구비하는 메모리 소자의 데이터 기록방법에 있어서, 상기 저항 탐침과 상기 하부전극에 전압을 인가하여 상기 강유전막 기록매체의 데이터가 기록될 영역에 열과 전기장을 동시에 가하는 것을 특징으로 한다.

Description

프로브 기술을 이용한 저장 기기의 데이터 기록방법{Method of data storage device using probe technology}
1. 발명의 분야
본 발명은 데이터 기록방법에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 저항 프로브를 이용하여 강유전막에 데이터를 기록하는 방법에 관한 것이다.
2. 관련기술의 설명
인터넷 관련 기술의 발전에 따라 동영상을 포함한 대용량의 정보를 기록할 수 있는 기록매체와 이러한 기록매체에 저장된 정보를 이동 중에도 자유롭게 사용하려는 수요의 증가는 차세대 정보 기록매체 시장을 이끄는 중요한 요인의 하나가 된다.
대용량의 정보를 기록할 수 있는 기록매체와 이러한 기록매체에 정보를 기록하고, 기록된 정보를 읽을 수 있는 수단은 정보 기록매체시장의 핵심이 된다.
현재, 휴대용 비휘발성 데이터 기록소자는 크게 플래쉬 메모리와 같은 고체 상태(solid-state) 메모리 소자와 하드디스크(hard disk)와 같은 디스크 타입(disk type) 메모리 소자로 나눌 수 있다.
그런데, 고체 상태 메모리 소자의 경우, 수년내에 그 용량이 수 기가바이트(GB)정도로 예상되기 때문에, 거대 규모의 데이터 기록장치로 사용하기는 어렵다. 따라서, 고체 상태의 메모리 소자는 현재의 개인용 컴퓨터(PC)의 경우처럼 고속 동작이 요구되는 경우에 사용될 것으로 예상되며, 주 저장장치는 여전히 하드디스크타입의 메모리 소자가 될 것으로 예상된다.
휴대용 기기에 장착되는 일반적인 자기기록 방식의 하드디스크의 경우, 가까운 장래에 그 용량이 10기가바이트(GB)정도가 될 것으로 예상된다. 하지만, 그 이상의 자기기록 밀도는 초상자성(superparamagnetic) 효과에 의해 달성하기 어려울 것으로 예상되고 있다.
이러한 이유들로 인해, 최근 기록 및 재생수단으로써 주사탐침(scanning probe)이 사용되고, 기록매체로써 강유전막이 사용되는 메모리 소자가 소개되고 있다.
이와 같이 주사 탐침이 사용된 기술, 곧 SPM(Scanning Probe Microscope)기술을 이용할 경우, 탐침을 이용하여 수nm∼수십nm의 영역을 프로빙(probing)할 수 있고, 또한 강유전막이 기록매체로 사용되기 때문에, 자기 기록매체와 달리 초상자성 효과에 의한 영향을 받지 않는다. 따라서 자기 기록매체에 비하여 기록밀도가 높일 수 있다.
최근에는 탐침을 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 기술을 이용하여 어레이 형태로 제작함으로써, 평행한 읽기 및 쓰기를 실현하여 읽기 및 쓰기 속도의 한계를 극복해 가고 있다.
SPM기술을 이용한 메모리 소자에서, 기록된 데이터는 강유전막의 잔류분극에 따른 강유전막 표면에 나타나는 전하의 극성 혹은 잔류분극의 방향에 따라 구분될 수 있다. 잔류분극에 따라 강유전막 표면에 나타나는 전하에 의해 주위에 전기장이 발생된다. 상기 전기장에 의해 탐침의 끝 부분에 전하공핍(depletion)영역 또는 전하축적(accumulation)영역이 만들어진다. 탐침에 전하공핍영역이 존재할 때와 전하축적영역이 존재할 때, 탐침의 형태에 따라 정전용량(capacitance) 혹은 저항이 달라지게 된다. SPM기술을 이용한 메모리 소자는 이러한 정전용량이나 저항의 변화를 측정하여 데이터 읽기를 수행한다.
이와 같이 SPM기술이 사용되고, 기록매체로써 강유전막이 사용되는 메모리 소자의 경우, 자기 기록매체가 사용되는 메모리 소자보다 데이터를 고밀도로 기록할 수 있는 이점이 있지만, 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
곧, 강유전막에 데이터를 기록하는 과정은 탐침 양단에 동일 전압을 인가하여 상기 강유전막의 도메인(domain)의 분극 방향을 스위칭시키는 과정으로써, 상기 강유전막 자체의 항전장(coercive field), 곧 상기 분극의 존재에 기인한 전기장의 세기가 클 경우, 상기 탐침 양단에 인가해야 하는 전압이 적어도 상기 항전장을 상쇄하고 남을 정도로 커질 수 있다.
이와 같이 탐침 양단에 인가되는 전압이 지나치게 커질 경우, 탐침과 강유전막사이의 간격이 극히 좁기 때문에, 양자사이에 코로나 방전(corona discharge) 등과 같은 전기적 브레이크 다운이 발생될 수 있다.
한편, 미래 자기기록기술로 주목받는 것 중에 HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording)이라는 기술이 있다. 이는 자기 기록매체에 데이터를 기록하는 방법으로 데이터를 기록하는 메모리 소자도 소개되고 있다. 이러한 메모리 소자의 경우, 데이터 기록에 앞서 데이터가 기록될 자기 기록매체의 소정영역을 레이저로 가열한다. 이어서 상기 가열된 영역에 자기장을 가하여 데이터를 기록한다.
이 경우 데이터 기록과정이 가열과정과 자기장 인가과정으로 이분되어 있기 때문에, 데이터 기록 시간이 길어지는 문제가 있다. 이러한 문제는 가열 과정과 자기장 인가과정을 동시에 수행함으로써 해소할 있으나, 자기장을 발생시키는 코일과 열을 발생시키는 레이저 다이오드를 동일한 공간에 조립할 수 없고 자기기록헤드와 매체 사이의 간격이 워낙 좁아서 같은 영역에 자기장과 열을 동시에 가할 수 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 항전장을 갖는 강유전막에 통상의 전압보다 훨씬 낮은 전압으로 강유전막에 데이터를 기록할 수 있는 SPM기술을 이용한 메모리 소자에 있어서의 데이터 기록방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 데이터 읽기 및 쓰기에 사용되는 저항 탐침(resistive probe)과 상기 저항 탐침에 의해 데이터가 기록되는 강유전막 기록매체와 상기 강유전막 기록매체 밑면에 하부전극을 구비하는 메모리 소자의 데이터 기록방법에 있어서, 상기 저항 탐침과 상기 하부전극에 전압을 인가하여 상기 강유전막 기록매체의 데이터가 기록될 영역에 열과 전기장을 동시에 가하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 저항 탐침의 상기 강유전막 기록매체에 근접한 부분에 소정의 전압(Vr)이 걸리게 하고, 상기 하부전극에 소정의 전압(V3)을 인가하되, 상기 두 전압 사이에 수학식 3의 관계가 성립되도록 한다.
상기 저항 탐침에 크기가 다른 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 인가하여 상기 저항 탐침의 상기 강유전막 기록매체에 근접한 부분에 상기 소정의 전압(Vr)이 걸리게 한다.
상기 강유전막은 PZT막이 바람직하나, BTO막, TGS막 또는 TGSe막일 수 있다.
상기 강유전막은 데이터가 기록될 영역의 항전장(coercive field)이 높은 유전막일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 데이터 읽기 및 쓰기에 사용되는 저항 탐침(resistive probe)과 상기 저항 탐침에 의해 데이터가 기록되는 강유전막 기록매체와 상기 강유전막 기록매체 밑면에 하부전극을 구비하는 메모리 소자의 데이터 기록방법에 있어서, 상기 강유전막 기록매체의 데이터가 기록될 영역의 항전장을 낮추는 제1 단계와 상기 항전장이 낮아진 상기 강유전막 기록매체의 상기 영역에 데이터를 기록하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법을 제공한다.
이때, 상기 제1 및 제2 단계는 동시에 실시하는 것이 바람직하다.
상기 제1 단계에서 상기 데이터가 기록될 영역을 가열하여 상기 항전장을 낮출 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 저항 탐침의 상기 강유전막 기록매체에 가장 근접한 부분에 열을 발생시켜 상기 데이터가 기록될 영역을 가열할 수 있다.
이때, 상기 저항 탐침에 크기가 다른 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 인가하여 상기 근접한 부분에 열을 발생시킬 수 있다.
상기 제2 단계에서 상기 강유전막 기록매체의 상기 영역에 전기장을 인가하여 데이터를 기록할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 저항 탐침의 상기 강유전막 기록매체에 가장 근접한 부분에 소정의 전압(Vr)이 걸리게 하고, 상기 하부전극에 소정의 전압(V3)을 인가하여 상기 전기장을 발생시키되, 상기 두 전압사이에 관계는 수학식 3을 만족한다.
이러한 본 발명을 이용하면, 본 발명의 기록방법은 데이터가 기록되는 강유전막의 주어진 영역에 열과 전기장을 동시에 인가한다. 강유전막에 가해지는 열은 강유전막의 항전장을 낮추기 때문에, 보다 낮은 전압으로 도메인을 스위칭시킬 수 있다. 그리고 열과 전기장을 동시에 인가하기 때문에, 데이터를 빠르게 기록할 수 있다. 아울러, 열적 안정성을 높이기 위해 항전장이 높은 기록매체가 사용될 때, 전기적 브레이크다운을 일으키지 않으면서 효과적으로 강유전막의 도메인을 스윗칭시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 SPM기술을 이용한 메모리 소자의 데이터 기록방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1을 참조하면, 참조번호 48은 데이터 기록매체인 강유전막을 나타낸다. 강유전막(48)은 PZT막이 바람직하나, 다른 강유전막, 예를 들면, BTO(BaTiO3)막, TGS(Triglycine Sulfate)막 또는 TGSe(Triglycine Selenate)막일 수 있다. 강유전막(48)의 밑면에 하부전극(50)이 구비되어 있다. 데이터를 기록할 때, 하부전극(50)에 제3 전압(V3)이 인가된다. 강유전막(48) 위쪽에 탐침(probe)(40)이 구비되어 있다. 탐침(40)은 전원과 연결된 캔틸레버(미도시)의 끝 부분에 위치한다. 탐침(40)은 상기 캔틸레버에 연결된 평판부(42)와 평판부(42)의 밑면에서 강유전막(48)을 향해 돌출된 돌출부(44)로 구성된다. 돌출부(44)는 평판부(42)에서 강유전막(48)으로 가면서 뾰족한 형태이다. 돌출부(44)의 정점을 포함하는 팁(tip)(46)은 강유전막(40)의 데이터가 기록되는 면에 근접되어 있다. 팁(46)은 n형 도전성 불순물로 도핑되어 있는데, 하기될 제1 및 제2 영역(A1, A2)보다 저항이 높다. 평판부(42)는 이러한 돌출부(44)를 중심으로 대칭적으로 형성되어 있다. 돌출부(44) 양측의 평판부(42)에 각각 제1 및 제2 영역(A1, A2)이 존재한다. 제1 및 제2 영역(A1, A2)은 n+형 도전성 불순물이 도핑되어 있다. 이러한 제1 및 제2 영역(A1, A2)은 돌출부(44) 표면을 따라 팁(46)까지 확장되어 있다. 데이터 기록시에 제1 영역(A1)에 제1 전압(V1)이 인가되고, 제2 영역(A2)에 제2 전압(V2)이 인가된다. 탐침(40)의 안쪽에 제3 영역(A3)이 존재한다. 제3 영역(A3)은 제1 및 제2 영역(A1, A2)사이에 존재한다. 제3 영역(A3)은 p형 도전성 불순물로 도핑되어 있다. 제1 내지 제3 영역(A1, A2, A3)의 도핑 농도는 데이터 기록 조건에 따라 달라질 수 있다. 이 경우, 팁(46)의 도핑농도도 달라지게 된다.
계속해서, 도 1을 참조하여 강유전막(40)에 데이터를 기록하는 방법을 설명한다.
탐침(40)의 제1 및 제2 영역(A1, A2)에 각각 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 인가하고, 동시에 하부전극(50)에 제3 전압(V3)을 인가한다. 이때, 제1 전압(V1)보다 제2 전압(V2)을 크게 한다. 제1 및 제2 영역(A1, A2)에 각각 제1 및 제2 전압(V1, V2)이 인가되면서 팁(46)에 주울(Joule)열이 발생된다. 주울열(Q)은 다음 수학식 1로 표현할 수 있다.
Q = I2Rt
수학식 1에서 "I"는 팁(46)에 흐르는 전류를, "R"은 팁(46)의 저항을, "t"는 시간을 나타낸다.
예를 들어, 팁(46)에 1mA의 전류가 흐르고, 팁(46)의 저항이 2㏀이며, 팁(46)에 100ns 동안 전류가 흘렀다고 하면, 팁(46)에서 (1mA)2×2㏀×100ns=0.2nJ의 열이 발생되고, 팁(46)의 온도는 높아지게 된다.
제1 및 제2 영역(A1, A2)에 각각 제1 및 제2 전압(V1, V2)이 인가될 때, 이와 같이 팁(46)에서 주울열이 발생됨과 동시에 팁(46)에 다음 수학식 2를 만족하는 전압(Vr)이 인가된다.
Vr = (V2-V1)/2
팁(46)에 인가되는 전압(Vr)과 하부전극(50)에 인가되는 제3 전압(V3)사이에는 다음 수학식 3의 관계가 성립한다.
｜V3-Vr｜> Vc
수학식 3에서 Vc는 항전압(coercive voltage)을 나타낸다. 상기 항전압은 강유전막(48)에 존재하는 잔류분극의 방향을 반전시키는데 필요한 최소 전압, 곧 임계전압을 나타낸다.
따라서, 수학식 3은 팁(46)과 하부전극(50)사이의 전압차는 적어도 강유전막(48)의 팁(46) 바로 밑에 존재하는 도메인의 잔류분극 방향을 반전시키는데 필요한 최소 전압보다는 커야한다는 것을 의미한다.
상술한 바와 같이, 제1 및 제2 영역(A1, A2)에 각각 크기가 서로 다른 제1 및 제2 전압(V1, V2)이 인가되고, 하부전극(50)에 수학식 3을 만족하는 제3 전압(V3)이 인가됨으로써, 팁(46)에서 주울열이 발생됨과 동시에 팁(46)과 하부전극(50)사이에 양자의 전압차(｜V3-Vr｜)에 기인한 전기장(E)이 존재하게 된다. 이에 따라, 강유전막(48)의 팁(46) 아래에 존재하는 영역은 팁(46)에서 발생되는 열(H)을 받음과 동시에 전기장(E) 속에 있게 된다. 전기장(E)에 의해 강유전막(48)의 팁(46) 아래에 대응되는 영역에 소정의 폭(W)을 갖는 도메인(D)이 정렬된다. 참조번호 P는 전기장(E)에 의해 정렬되는 도메인(D) 내의 잔류 분극을 나타낸다. 도메인(D)의 폭(W)은 팁(46)과 하부전극(50)사이의 전압차 혹은 전압 펄스의 인가시간을 조절하여 더 좁게하거나 더 넓게할 수 있다.
한편, 팁(46)으로부터 강유전막(48)의 도메인(D)을 포함하는 주어진 영역(HA)에 열이 가해지면 도메인의 잔류분극을 반전시키는데 필요한 항전장이 작아지게 된다. 때문에 강유전막(48)의 도메인(D)에 잔류분극(P)을 반전시키는데 필요한 전기장(E)의 세기는 도메인(D)이 가열되지 않은 상태에서 도메인(D)에 잔류분극(P)을 반전시키는데 필요한 전기장의 세기보다 약하게 할 수 있다. 곧, 강유전막(48)을 가열하면서 강유전막(48)에 전기장(E)을 인가하는 경우, 종래보다 낮은 전압으로 도메인(D)의 잔류분극을 반전시킬 수 있다. 잔류분극의 방향이 데이터 "0" 또는 "1"에 대응되므로, 이것은 곧 강유전막(48)에 데이터를 기록하기 위해 인가하는 전압을 낮출 수 있음을 의미한다.
강유전막(48)에 열을 가함으로써, 강유전막(48)의 항전장을 작게할 수 있다는 사실은 도 2 내지 도 4를 참조함으로써 보다 명확해진다.
도 2는 강유전막의 온도에 따른 강유전막의 히스테리시스 루프(hysteresis loop)(이하, 루프라 함)의 변화를 보여준다. 도 2에서 좌측에서 첫 번째 루프는 강유전막의 온도가 -5.5℃일 때의 루프이고, 좌측에서 두 번째 루프는 강유전막의 온도가 0℃일 때의 루프이다. 그리고 좌측에서 세 번째 루프는 강유전막의 온도가 60℃일 때의 루프이고, 네 번째 루프는 강유전막의 온도가 120℃일 때의 루프이다.
도 2를 참조하면, 강유전막의 온도가 높아질수록 인가 전압 0일 때의 루프의 수직폭과 잔류분극이 0일 때의 수평 폭이 좁아짐을 알 수 있다. 이것은 강유전막의 온도가 높아질수록 잔류 분극의 크기가 작아지고, 잔류 분극 반전에 필요한 전압도 작아짐을 의미한다. 도 2에서 이러한 경향이 연속적으로 나타나는 것으로부터, 상기 경향은 강유전막의 온도가 120℃보다 높을 때에도 그대로 나타날 수 있음을 미루어 짐작할 수 있다.
또한, 강유전막의 온도가 높아지면서 잔류분극이 작아지고, 그 반전에 필요한 전압도 낮아진다는 것은 결국, 항전압의 크기 또는 항전장의 세기가 낮아질 수 있음을 의미하는 바, 이러한 사실은 도 3 및 도 4를 참조함으로써 보다 명확해질 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 강유전막인 TGS막 및 TGSe막을 대상으로 한, 온도 변화에 따른 항전장(Ec)의 변화를 보여준다.
도 3의 참조부호 G1과 도 4의 참조부호 G2는 각각 이러한 항전장 변화를 보여주는 제1 그래프와 제2 그래프를 나타낸다.
제1 및 제2 그래프들(G1, G2)을 참조하면, 강유전막의 온도(T)가 결정화 온도(Tc)까지 서서히 증가할 때, 강유전막의 항전장(Ec)은 반대로 작아짐을 알 수 있다.
제1 및 제2 그래프(G1, G2)에 나타난 이러한 항전장 특성은 다른 강유전막, 예컨대 PZT막이나 BTO막 등에도 찾아볼 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 강유전막의 온도가 높아질수록 강유전막의 잔류분극이 작아지고, 잔류분극의 반전에 필요한 전압도 작아져서, 결국 항전장이 작아지게 된다.
다음에는 제1 및 제2 전압(V1, V2)에 따른 팁(46)의 온도에 대해 살펴본다.
먼저, 종래의 데이터 기록 방법에 있어서 저항 탐침(resistive probe)에 인가되는 전압에 따른 전류특성 및 저항특성을 보여주는 도 5를 참조한다.
도 5에서 참조부호 G3 및 G4는 각각 전류특성과 저항특성의 변화를 보여주는 제3 및 제4 그래프를 나타낸다. 제4 그래프(G4)의 정점(G4-V)에서 종래의 저항 탐침의 팁(미도시) 온도는 500℃∼700℃ 정도이다.
도 6의 참조부호 G5는 본 발명의 실시예에 의한 데이터 기록 방법에 있어서, 도 1에 도시한 탐침에 인가되는 전류에 따른 전압특성을 나타낸 제5 그래프이다.
도 5의 제3 그래프(G3)와 도 6의 제5 그래프(G5)를 비교하면, 제3 및 제5 그래프들(G3, G5)은 변화하는 경향이 동일함을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 의한 데이터 기록 방법에 있어서, 탐침에 인가되는 전류에 따른 저항특성은 도 5의 제4 그래프(G4)와 동일함을 알 수 있다.
이러한 결과는 본 발명의 실시예에 의한 데이터 기록 방법에서 도 1에 도시한 탐침(40)의 팁(46)의 온도는 500℃∼700℃까지 도달될 수 있음을 의미한다.
이러한 저항특성이나 전류특성은 탐침(40)의 제1 및 제2 영역(A1, A2)과 팁(46)의 도핑 농도에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 팁(46)의 온도는 탐침(40) 제조 과정에서 제1 및 제2 영역(A1, A2)과 팁(46)의 도핑농도를 조절함으로써 적절하게 조절할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상술한 데이터 기록방법을 하부전극을 중심으로 강유전막이 상하로 구비된 메모리 소자의 데이터 기록에도 적용할 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 데이터 기록방법은 탐침의 두 전극에 인가하는 전압을 다르게 하여, 탐침의 팁에 주울열이 발생되게 함과 동시에 상기 탐침의 두 전극에 인가되는 전압의 차의 절반에 해당하는 전압이 상기 팁에 걸리게 한다. 이와 함께 기록매체인 강유전막의 밑면에 구비된 하부전극에 소정의 전압을 인가하되, 상기 소정의 전압과 상기 팁에 걸리는 전압간의 차이가 적어도 항전압보다 크게 되도록 한다. 이에 따라, 상기 탐침의 팁으로부터 발생된 주울열에 의해 상기 강유전막의 상기 팁 아래의 영역이 가열되면서 상기 가열된 영역에 전기장이 가해져서 상기 가열된 영역의 도메인의 잔류 분극 방향이 바뀌게 된다. 곧, 데이터가 기록된다.
이와 같이, 본 발명의 기록방법은 데이터가 기록되는 강유전막의 주어진 영역에 열과 전기장을 동시에 인가한다. 강유전막에 가해지는 열은 강유전막의 항전장을 낮추기 때문에, 보다 낮은 전압으로 도메인을 스위칭시킬 수 있다. 그리고 열과 전기장을 동시에 인가하기 때문에, 데이터를 빠르게 기록할 수 있다.
또한, 열적 안정성을 높이기 위해 항전장이 높은 기록매체가 사용될 때, 전기적 브레이크다운을 일으키지 않으면서, 효과적으로 강유전막의 도메인을 스윗칭시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 데이터 기록방법으로써, 저항탐침 (resistive probe)을 이용하여 강유전막에 데이터를 기록하는 과정을 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 강유전막의 온도에 따른 히스테리시스 루프의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 강유전막의 온도에 따른 항전장(coercive field)의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 종래의 저항 탐침에 인가되는 전압에 따른 전류특성 및 저항특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시한 본 발명의 데이터 기록방법에 사용된 저항 탐침의 전류특성을 보여주는 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
40:저항 탐침 42:평판부
44:돌출부 46:팁(tip)
48:강유전막 50:하부전극
A1, A2, A3:제1 내지 제3 영역
D:도메인 E:전기장
P:잔류분극 HA:가열된 영역
V1, V2, V3:제1 내지 제3 전압 W:도메인 폭

Claims (13)

  1. 데이터 읽기 및 쓰기에 사용되는 저항 탐침(resistive probe)과 상기 저항 탐침에 의해 데이터가 기록되는 강유전막 기록매체와 상기 강유전막 기록매체 밑면에 하부전극을 구비하는 메모리 소자의 데이터 기록방법에 있어서,
    상기 저항 탐침과 상기 하부전극에 전압을 인가하여 상기 강유전막 기록매체의 데이터가 기록될 영역에 열과 전기장을 동시에 가하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 저항 탐침의 상기 강유전막 기록매체에 근접한 부분에 소정의 전압(Vr)이 걸리게 하고, 상기 하부전극에 소정의 전압(V3)을 인가하되, 상기 두 전압 사이에 다음 관계가 성립되도록 하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
    ｜V3-Vr｜>Vc
    여기서, Vc는 상기 강유전막의 잔류분극반전에 필요한 임계전압(항전압).
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 저항 탐침에 크기가 다른 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 인가하여 상기 저항 탐침의 상기 강유전막 기록매체에 근접한 부분에 상기 소정의 전압(Vr)이 걸리게 하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 강유전막은 PZT막, BTO막, TGS막 또는 TGSe막인 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 강유전막은 데이터가 기록될 영역의 항전장이 높은 유전막인 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  6. 데이터 읽기 및 쓰기에 사용되는 저항 탐침(resistive probe)과 상기 저항 탐침에 의해 데이터가 기록되는 강유전막 기록매체와 상기 강유전막 기록매체 밑면에 하부전극을 구비하는 메모리 소자의 데이터 기록방법에 있어서,
    상기 강유전막 기록매체의 데이터가 기록될 영역의 항전장을 낮추는 제1 단계; 및
    상기 항전장이 낮아진 상기 강유전막 기록매체의 상기 영역에 데이터를 기록하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단계는 동시에 실시하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 단계에서 상기 데이터가 기록될 영역을 가열하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제2 단계에서 상기 강유전막 기록매체의 상기 영역에 전기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 저항 탐침의 상기 강유전막 기록매체에 가장 근접한 부분에 열을 발생시켜 상기 데이터가 기록될 영역을 가열하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 저항 탐침에 크기가 다른 제1 및 제2 전압(V1, V2)을 인가하여 상기 근접한 부분에 열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 저항 탐침의 상기 강유전막 기록매체에 가장 근접한 부분에 소정의 전압(Vr)이 걸리게 하고, 상기 하부전극에 소정의 전압(V3)을 인가하여 상기 전기장을 발생시키되, 상기 두 전압사이에 다음 관계가 성립되도록 하는 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
    ｜V3-Vr｜>Vc
    여기서, Vc는 상기 강유전막의 잔류분극반전에 필요한 임계전압(항전압).
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 강유전막은 PZT막, BTO막, TGS막 또는 TGSe막인 것을 특징으로 하는 메모리 소자의 데이터 기록방법.
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CN2004100921493A CN1604212B (zh) 2003-09-06 2004-09-06 使用探针技术将数据写入存储装置的方法
EP04255395A EP1517330A1 (en) 2003-09-06 2004-09-06 Method of writing data on storage device using probe technique
JP2004258622A JP4084788B2 (ja) 2003-09-06 2004-09-06 探針技術を利用した保存機器のデータ記録方法
US10/934,561 US7406020B2 (en) 2003-09-06 2004-09-07 Method of writing data on a storage device using a probe technique

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100682956B1 (ko) * 2006-01-09 2007-02-15 삼성전자주식회사 반도체 탐침을 이용한 정보 재생 방법 및 이를 적용한 장치
KR100723413B1 (ko) * 2005-11-25 2007-05-30 삼성전자주식회사 데이터 기록 및 읽기용 멀티 프로브와 그 동작 방법
KR100817309B1 (ko) * 2006-08-24 2008-03-27 삼성전자주식회사 고밀도 데이터 저장 장치 및 그 기록/재생 방법
KR100905718B1 (ko) * 2006-06-20 2009-07-01 삼성전자주식회사 강유전체 디스크, 헤드 짐발 조립체 및 이들을 구비한강유전체 디스크 드라이브와 강유전체 디스크 상의 트랙에억세스 하는 방법

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7060510B2 (en) * 2000-08-15 2006-06-13 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Electronic and optoelectronic devices and methods for preparing same
US8649249B1 (en) * 2004-09-02 2014-02-11 Seagate Technology Llc Printing magnetic pattern onto disk
US7701834B2 (en) * 2005-01-18 2010-04-20 Unity Semiconductor Corporation Movable terminal in a two terminal memory array
US7185440B2 (en) * 2005-07-18 2007-03-06 Seagate Technology Llc Sensing contact probe
US20070121477A1 (en) * 2006-06-15 2007-05-31 Nanochip, Inc. Cantilever with control of vertical and lateral position of contact probe tip
US20070291623A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-20 Nanochip, Inc. Cantilever with control of vertical and lateral position of contact probe tip
US20070290282A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-20 Nanochip, Inc. Bonded chip assembly with a micro-mover for microelectromechanical systems
US20080074984A1 (en) * 2006-09-21 2008-03-27 Nanochip, Inc. Architecture for a Memory Device
KR100829565B1 (ko) * 2006-10-02 2008-05-14 삼성전자주식회사 웨지 형상의 저항성 팁을 구비한 반도체 탐침 및 그제조방법
US20080142859A1 (en) * 2006-12-19 2008-06-19 Qing Ma Methods of forming ferroelectric media with patterned nano structures for data storage devices
US7782741B2 (en) * 2007-01-18 2010-08-24 Seagate Technology Llc Probe-scanned ferroelectric media with imprinted regions
US20080232228A1 (en) * 2007-03-20 2008-09-25 Nanochip, Inc. Systems and methods of writing and reading a ferro-electric media with a probe tip
JP4309438B2 (ja) * 2007-03-20 2009-08-05 株式会社東芝 情報記録再生装置
US7903533B2 (en) * 2007-04-23 2011-03-08 Seagate Technology Llc Probe head with narrow read element
US20080318086A1 (en) * 2007-06-19 2008-12-25 Nanochip, Inc. Surface-treated ferroelectric media for use in systems for storing information
US20080316897A1 (en) * 2007-06-19 2008-12-25 Nanochip, Inc. Methods of treating a surface of a ferroelectric media
US7626846B2 (en) * 2007-07-16 2009-12-01 Nanochip, Inc. Method and media for improving ferroelectric domain stability in an information storage device
US20090201015A1 (en) * 2008-02-12 2009-08-13 Nanochip, Inc. Method and device for detecting ferroelectric polarization
US20090213492A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Nanochip, Inc. Method of improving stability of domain polarization in ferroelectric thin films
US20100002563A1 (en) * 2008-07-01 2010-01-07 Nanochip, Inc. Media with tetragonally-strained recording layer having improved surface roughness
US7796494B2 (en) * 2008-08-26 2010-09-14 Seagate Technology, Llc Asymmetric write for ferroelectric storage
US20100085863A1 (en) * 2008-10-07 2010-04-08 Nanochip, Inc. Retuning of ferroelectric media built-in-bias
US7821808B2 (en) * 2009-01-30 2010-10-26 Seagate Technology Llc Multilayer ferroelectric data storage system with regenerative read
US10283146B2 (en) * 2017-06-06 2019-05-07 Western Digital Technologies, Inc. System and method for reading data recorded on ferroelectric storage medium by means of a near-field transducer
CN110797065B (zh) * 2019-11-01 2021-09-03 西安交通大学 一种基于金属-离子液体界面电势差的信息存储和读取系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2653247B1 (fr) * 1989-10-13 1991-12-06 Thomson Csf Procede et dispositif d'ecriture et de lecture d'informations a partir d'un support a base de materiau ferroelectrique.
JPH05182261A (ja) * 1991-12-27 1993-07-23 Ricoh Co Ltd 情報記憶装置
FR2786005B1 (fr) * 1998-11-17 2002-04-12 Commissariat Energie Atomique Procede d'ecriture et de lecture d'un support d'informations comprenant un materiau avec une succession de zones presentant respectivement un premier et un deuxieme etats physiques
US6597639B1 (en) * 2000-04-27 2003-07-22 International Business Machines Corporation Assembly suitable for writing high density data on a ferroelectric media
KR100468850B1 (ko) * 2002-05-08 2005-01-29 삼성전자주식회사 저항성 팁을 구비하는 반도체 탐침 및 그 제조방법 및 이를 구비하는 정보 기록장치, 정보재생장치 및 정보측정장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100723413B1 (ko) * 2005-11-25 2007-05-30 삼성전자주식회사 데이터 기록 및 읽기용 멀티 프로브와 그 동작 방법
KR100682956B1 (ko) * 2006-01-09 2007-02-15 삼성전자주식회사 반도체 탐침을 이용한 정보 재생 방법 및 이를 적용한 장치
KR100905718B1 (ko) * 2006-06-20 2009-07-01 삼성전자주식회사 강유전체 디스크, 헤드 짐발 조립체 및 이들을 구비한강유전체 디스크 드라이브와 강유전체 디스크 상의 트랙에억세스 하는 방법
KR100817309B1 (ko) * 2006-08-24 2008-03-27 삼성전자주식회사 고밀도 데이터 저장 장치 및 그 기록/재생 방법

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