KR20050084648A - 초상자성 입자를 사용한 저장 시스템 - Google Patents

초상자성 입자를 사용한 저장 시스템 Download PDF

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KR20050084648A
KR20050084648A KR1020057007852A KR20057007852A KR20050084648A KR 20050084648 A KR20050084648 A KR 20050084648A KR 1020057007852 A KR1020057007852 A KR 1020057007852A KR 20057007852 A KR20057007852 A KR 20057007852A KR 20050084648 A KR20050084648 A KR 20050084648A
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라인더 코에호오른
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

정보매체(10)는, 저장위치의 어레이(11)를 구성하는 초상자성 재료의 패턴을갖는 정보면을 갖는다. 정보면에서의 특정 초상자성 재료(12R,12G,12B,12Y)의 존재는, 저장위치의 값을 나타낸다. 상기 초상자성 재료는, 예를 들면, 공지된 감쇠시간과 같은 변화하는 자기장에 대한 특정 응답을 갖는다. 저장부는, 정보면과 함께 작동하는 경계면(32)을 갖고, 그 변화하는 자기장을 발생하는 코일(27)을 갖는다. 상기 경계면은, 판독신호를 발생하는 감지영역을 각각 갖는 자기센소자(24,25,26)의 어레이를 갖는다. 처리부(33)는, 판독신호를 처리하여 특정 응답을 거쳐 상기 존재를 검출한다.

Description

초상자성 입자를 사용한 저장 시스템{STORAGE SYSTEM USING SUPERPARAMAGNETIC PARTICLES}
본 발명은 정보매체와 저장부로 이루어진 저장 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 정보매체 및 정보저장장치에 관한 것이다.
정보매체 상에 자성재를 사용한 데이터 저장 시스템은, 예를 들면 플로피디스크와 같은 착탈형 자기정보매체 또는 하드디스크와 같은 비착탈형 자기정보매체가 잘 알려져 있다.
특허 US 5,956,216에는 저장 시스템, 정보매체 및 정보저장장치가 공지되어 있다. 이 문헌에는, 패터닝된 형태의 자기정보매체가 기재되어 있다. 상기 정보매체는, 기록헤드로부터 적절한 자기장으로 자화될 수 있는 자성층이 형성된 정보면을 갖는다. 특히, 상기 정보면에는, 비자기 기판과 2개의 자화값을 갖는 자구원소가 구비되어 있다. 자구원소들은, 단일비트의 데이터를 저장하는 저장 위치를 구성한다. 상기 장치는, 헤드와, 정보매체의 상기 저장위치로 구성된 트랙에 정보를 기록하는 기록부를 갖는다. 저장위치의 값은, 상기 저장위치에 대향하는 판독/기록 헤드를 위치지정하여, 예를 들면 트랙을 주사하여 설정되거나 검색되어야 한다. 종래의 자기 저장 시스템의 문제점은, 점프를 통해 상기 헤드를 트랙의 필요한 부분에 위치지정하는 것은, 시간 낭비이다. 또한, 소프트웨어를 고객에게 분배하는 저장위치에 데이터를 저장하는 과정은 복잡하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 정보매체와, 정보를 저장위치에서 효율적으로 저장하는 장치를 구비한 시스템을 제공하는데 있고, 그것에 의해 상기 저장위치에 보다 빠르게 접근할 수 있다.
본 발명의 제 1 국면에 의하면, 상기 목적은 서두에 기재된 것과 같은 저장 시스템으로 달성되고, 상기 정보매체는 저장위치의 어레이를 구성하는 초상자성 재료의 패턴이 구비된 정보면을 갖고, 상기 정보면에서 특정 초상자성 재료의 존재는 저장위치의 값을 나타내고, 상기 특정 초상자성 재료는 변화하는 자기장에 대해 소정의 응답을 하고, 상기 저장부는 정보면과 함께 동작하는 경계면을 갖고, 상기 경계면에는, 상기 변화하는 자기장을 발생하는 자기장 발생수단이 구비되고, 또한 판독신호를 발생하는 감지영역을 각각 갖는 자기센서소자들로 이루어진 어레이와, 상기 판독신호를 처리하여 소정의 응답을 거쳐 상기 존재를 검출하는 처리부가 구비되어 있다.
본 발명의 제 2 국면에 의하면, 상기 목적은 서두에 기재된 것과 같은 정보매체로 달성되고, 상기 정보매체는 저장위치의 어레이를 구성하는 초상자성 재료의 패턴이 구비된 정보면을 갖고, 상기 정보면에서 특정 초상자성 재료의 존재는 저장위치의 값을 나타내고, 상기 특정 초상자성 재료는 변화하는 자기장에 대해 소정의 응답을 한다.
본 발명의 제 3 국면에 의하면, 상기 목적은, 정보면과 함께 동작하는 경계면을 갖고, 상기 경계면에는, 상기 변화하는 자기장을 발생하는 자기장 발생수단이 구비되고, 또한 판독신호를 발생하는 감지영역을 각각 갖는 자기센서소자들로 이루어진 어레이와, 상기 판독신호를 처리하여 소정의 응답을 거쳐 상기 존재를 검출하는 처리부가 구비된 것을 특징으로 하는 서두에 기재된 것과 같은 저장장치로 달성된다.
재료의 고정된 패턴은, 예를 들면 임프린팅과 같은 저가 제조공정으로 정보매체 상에 설치된다. 상기 정보면에서의 특정 초상자성 재료의 유무는, 저장위치의 값들을 판독하는 센서소자에 의해 검출될 수 있다. 상기 정보면과 함께 동작하는 자기센서소자로 구성된 어레이의 효과는, 대다수의 저장위치로부터 데이터를 동시에 검색할 수 있다는 것이다. 이것의 이점은, 데이터를 고밀도 및 저가로 저장하고, 판독시에 병렬성으로 인해 고속으로 액세스할 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명은 다음의 내용에 의거한다. 종래의 자기 저장 시스템은, 기록장치 내의 층 또는 패턴에서의 재료를 자화시켜 기록될 수 있는 정보매체를 제공한다. 또한, 싼 데이터를 배포하는 잘 알려진 광 디스크는, 비교적 느리고 크며, 기계적인 충격에 민감한 주사기구를 필요로 한다. EPROM과 MRAM과 같은 고체 상태 메모리 장치는, 비트마다 값비싸다. 본 발명자가 확인한 것은, 이전의 시스템이 특정 초상자성 재료의 패턴을 기판 상에 갖는 정보매체로 구성될 수 있다는 것이다. 이와 같은 정보매체는, 종래의 제조기술을 사용하여 싸게 제조될 수 있다. 상기 재료는, 그 재료가 초상자성 현상으로 인한 자기장의 변화에 대한 소정의 응답, 특히 자기장의 변화에 따른 특정 완화시간을 갖기 때문에 초상자성이라고 불린다. 초상자성 재료의 유무는, 변화하는 자기장을 통해 검출가능하다. 이때, 저장위치의 값의 검출은, 상기 재료의 자기상태에 좌우되지 않지만, 그 재료 자체의 유무에 좌우된다. 자기센서소자는, 실제로 저장위치의 최소 치수와 같은 크기의 동일한 순서로 있는 그 저장위치로부터 소정의 근접 자유작동거리 내의 자기장에 해당하는 판독신호를 발생한다. 적절한 자기센서소자는, 예를 들면, MRAM 자기 저장장치 제조로부터 공지된 고체상태 제조방법을 사용하여 제조될 수 있다. 상기 판독신호는, 변화에 대한 초상자성 재료의 응답이 자기장인 것을 검출하도록 처리된다.
상기 시스템의 일 실시예에서, 초상자성 재료의 패턴은, 다수의 서로 다른 초상자성 재료를 구비하고, 상기 서로 다른 초상자성 재료는 변화하는 자기장에 대한 각각의 서로 다른 소정의 응답을 갖고, 특히 상기 서로 다른 소정의 응답은 그 서로 다른 초상자성 재료의 서로 다른 완화시간으로 인한 상기 변화하는 자기장의 감소 후에 자화감쇠가 서로 다르다. 이것의 이점은, 단일 센서소자의 감지영역 내에 존재하는 일부의 서로 다른 초상자성 재료가 적절한 변화하는 자기장과 판독신호 처리를 사용하여 검출될 수 있다는 것이다. 따라서, 상기 센서소자의 수와 크기가 주어지면, 대다수의 값은 정보매체로부터 검색될 수 있다.
본 발명에 따른 정보매체와 저장장치의 또 다른 바람직한 실시예들은 종속항에 기재되어 있다.
본 발명의 이들 내용과 다른 국면들은, 이하의 설명과 첨부도면을 참조한 예시로 나타낸 실시예들로부터 명백해지고 이들로부터 더욱 설명될 것이다:
도 1a는 정보매체부분(평면도)을 나타내고,
도 1b는 그레이 스케일 코딩을 갖는 초상자성 재료의 패턴을 나타내고,
도 2a는 단면도에서 패터닝된 정보매체 부분을 나타내고,
도 2b는 정보매체와 자기센서소자를 나타내고,
도 3은 판독부를 나타내며,
도 4a는 저장장치(평면도) 및 정보매체를 나타내고,
도 4b는 저장장치(측면도) 및 정보매체를 나타내고,
도 4c는 카트리지 내에 있는 정보매체를 나타내고,
도 5는 메모리장치를 나타내고,
도 6은 센서소자의 상세도,
도 7은 변화하는 자기장 및 응답을 나타내고,
도 8은 비율 τ/τ0의 윤곽을 나타내고,
도 9는 자계=오프 상태에서의 평균 매체 자화를 나타내고,
도 10은 초상자성 입자의 파라미터를 나타낸다.
도면에서, 상술한 소자에 해당하는 소자는 동일한 참조번호를 갖는다.
도 1a는 정보매체 부분(평면도)을 나타낸다. 정보매체 부분(10)은, 저장위치(11)의 어레이를 구성하는 초상자성 재료(12)의 패턴이 구비된 정보면을 갖는다. 그 정보면에서의 재료(12)의 유무는, 저장위치의 값을 나타낸 물리 파라미터를 제공한다. 이때, 정보면은 정보매체 부분(10)의 상부면(13) 상에 위치된다. 정보매체 부분의 상부면(13)은, 판독부의 경계면에 결합되도록 구성되어 있다. 상기 정보면은 기계적인 상부층으로부터 실효거리에 설치된 것으로 생각된다, 예를 들면, 상기 정보면을 보호하는 얇은 커버층은 상기 정보매체의 외부층을 구성하여도 된다. 상기 판독부에서의 센서소자는, 정보면 근처에 설치되지만, 오염물과 같은 약간의 중간재료는 사이에 존재하기도 한다. 따라서, 실효거리는, 임의의 중간재료와, 상기 경계면으로부터 정보면을 향하여 바깥쪽으로 연장하는 근접 자유작동거리를 갖는 상기 구성된 판독센서소자에 의해 결정된다. 이하, 정보를 판독하는 정보면에서의 재료의 유무에 의한 물리적 현상을 도 2b를 참조하여 설명한다. 초상자성 재료의 패턴은 단일 초상자성 재료를 포함하여도 된다.
도 1에 도시된 실시예들은, 서로 다른 완화시간을 갖는 4가지 형태(12R=적색, 12G=녹색, 12B=청색 및 12Y=황색으로 각각 불림)의 초상자성 입자를 기초로 한다. 도 1a의 좌측부는, 정보의 값이 같은 경우(모든 저장위치가 재료를 가짐)를 나타낸다. 정보는, 도면의 우측부에 도시된 것처럼, 그 재료의 유(색으로 나타냄) 또는 무(12N이라고 불림)로 나타내어진다. 4가지 형태의 재료는, 심볼 간섭을 방지하기 위해 재료가 동일한 다음 저장위치에 대해 고정된 거리를 갖도록, 반복 패턴으로 배치된다. 이것은 판독센서 소자가 4개의 저장위치를 덮는, 즉 저장위치 크기의 4배의 크기를 갖는 감지영역을 갖는 것을 고려한다. 그 이점은, 센서소자가 덜 필요하다는 것과, 센서소자의 크기가 제조시에 필요한 것을 보다 크게 감소시킨다는 것이다. 아래에 설명되는 것처럼, 상기 센서소자는 적절한 변화 자기장을 발생하여 자신의 감지영역 내의 4개의 재료 각각의 존재를 개별적으로 검출할 수 있다. 실제 실시예에서, 상기 입자의 직경은 약 3 내지 10nm이어서, 각 저장영역은 입자 용량에 대한 저장영역의 비율에 따라, 상기와 같은 적어도 수 백의 입자들로 구성된다. 상기 저장영역은 더욱 감소되어(궁극적으로는 단일 입자로) 임프린팅 및 센서제조의 기술진보를 수반한다.
도 1b는 그레이 스케일 코딩을 갖는 초상자성 재료의 패턴을 나타낸다. 일부의 저장위치는 12R과 12B와 같은 가득찬 양의 재료를 갖지만, 다른 저장위치는 14Y와 14R과 같은 적은 양의 재료를 갖는다. 각 위치에서의 재료양은, 저장위치마다 특정 재료에 대한 응답의 레벨을 측정하여 검출된다. 일 실시예에서, 정보의 그레이 스케일 코딩은, 2개의 직교 방향으로 상기 영역들의 크기를 변화시키는데 있다. 상기 크기들은 적절한 2-D 채널코드에 따라 결정될 수 있다.
정보매체의 실시예에서, 초상자성 재료의 패턴은, 다음과 같은 조합된 재료들을 갖는 초상자성 재료의 패턴을 갖는다. 초상자성 재료의 패턴은, 저장위치에 상기 서로 다른 초상자성 재료의 조합을 갖고, 상기 조합은 상기 값을 나타낸다. 이에 따라서, 단일 저장위치의 가득찬 영역에서, 임의의 서로 다른 초상자성 재료가, 존재하거나 또는 존재하지 않을 것이다(또는 그레이 스케일 코딩을 위해 필요한 양으로 존재하지 않을 것이다). 예를 들면, 그 재료는 중첩 패턴을 찍어서 도포될 수 있다. 상기 조합된 재료의 이점은, 판독센서의 오정렬은 다음과 같이 덜 중요하다. 예를 들면, 상기 패턴은, 4개의 서로 다른 재료와 1×1μ의 저장위치를 갖는다. 실질적으로 회전 오정렬이 없고 x 또는 y방향으로의 0.25μ오정렬이라고 하면, (1×1μ의 감지영역을 갖는) 헤드는, 적어도 임의의 저장위치의 0.75×0.75μ의 영역을 커버하고, 약간의 간섭을 일으키는 임의의 인접한 저장위치의 최대 약 0.25×0.75μ을 커버할 것이다. 이 간섭은, 센서소자의 감지영역을 센서 어레이의 피치보다 작게 함으로써, 그리고/또는 센서의 중심에서의 감도를 감지영역의 가장자리에서보다 크게 함으로써 더욱 감소될 수 있다. 도 1a의 실시예에 생기는 유사한 오정렬에 의해, 센서가 4개의 인접 저장위치의 0.25×0.25μ를 커버하게 되어, 간섭이 최대가 될 것이다.
이때, 상술한 실시예에서 저장영역의 패턴과 센서의 감지영역은 정사각형이고, 상기 저장영역의 형상과 상기 센서소자의 형상은, 예를 들면 직사각형과 같은 임의의 형상을 갖는다. 실제 설계에 있어서, 상기 어레이에서의 센서소자의 형상과 피치는, 정보매체의 저장영역 패턴에 대한 레이아웃 규칙을 설정한다.
도 2a는 패터닝된 정보매체 부분의 단면도를 나타낸다. 그 정보매체는 기판(21)을 갖는다. 정보면(28)은, 상기 기판(21)의 상부측에 초상자성 재료의 패턴으로 구성되고, 상기 패턴은 저장위치의 어레이를 구성한다. 제 1 저장위치(22)에는 예를 들면, 상기 재료가 존재하고, 예를 들면 논리값 1로 나타내고, 제 2 저장위치(23)에는 예를 들면, 그 재료가 부재하고, 예를 들면 논리값 0으로 나타낸다. 상기 재료는, 상기 센서소자에 의해 검출가능하게 초상자성 특성을 갖는다. 정보면(28)에서의 초상자성 재료의 패턴은, 패터닝된 자기매체의 잘 알려진 제조방법으로 도포될 수 있지만, 영구자화는 필요하지 않다는 것을 주목해야 한다. 적절한 방법은 스퍼터링법 및 국부 식각법, 마스크를 사용한 이온빔 패터닝 또는 프레싱법이 있다. 예를 들면, 생산을 위해 먼저 이온빔 리소그래피를 사용하여 미가공 Si 웨이퍼 상에 레지스트 마스크를 제조하고 이것을 마스터로서 사용한다. 원하는 경우, 복수의 홀들은 2D 홀 패턴으로 정보를 저장하기 위해 Si에서 식각된다. 그리고, 마스터를 사용하여, 포일(foil) 위에 상기 패턴을 복제하거나, 또는 주입성형 또는 엠보싱, 또는 2P를 사용하여 상기 패턴을 복제한다. 그후, 상기 복제본 상에 (예를 들면, 스퍼터링에 의해) 얇은 초상자성 패턴을 적층한다.
정보매체의 실시예 제조는, 예를 들면, 나노입자의 직접 전송에 의해 정보면(28)에 초상자성 재료를 도포하는 임프린팅 기술을 사용한다. 예를 들면, 일부 형태의 초상자성 입자는, 광학적으로 정렬된 일부의 스탬프, 예를 들면 투명한 스탬프를 사용하여 도포될 수 있다. 이와는 달리, 신기술을 사용하여 '색'마다의 입자들이, 예를 들면 나노 임프린팅에 의해 기판에 부착된 항체에 특정하게 굳어지는 각 입자 생물군에 부착함으로써, 우측영역으로 가져올 수도 있다. 그 경우에, 모든 색들의 비트들의 적층은, 유체 내에서 단일 공정단계로서 실행될 수 있다. 그 나노 입자의 빠른 확산은, 그 처리시간을 아주 효과적으로 한다.
도 2b는 정보매체와 자기센서소자를 나타낸다. 정보매체 부분은, 기판(21)으로 구성된다. 정보면(28)은, 상기 기판(21)의 상부측에 저장위치의 어레이를 구성하는 초상자성 재료의 패턴(22)으로 구성된다. 코일(27)은 변화하는 자기장을 발생하는 정보면(28) 근처에 설치된다. 일 실시예에서는, 단일 코일을 사용하여 수에 대한 또는 모든 센서소자에 대한 변화하는 자기장을 발생한다. 빠른 판독시간을 달성하기 위해, 상기 코일을 제어하여 변화하는 자기장의 빠른 변화를 발생해야 한다. 적절한 코일은, [H.W.van Kesteren et al., J.Magn.Soc.Japan 25,334-338(2001)]에 기재되어 있다. 정보면 반대에 자기 센서소자(24,25,26)가 설치되어, 이하 설명되는 것처럼, 초상자성 재료에 의해 영향을 받는 것과 같은 자기장을 검출한다. 제 1 자기소자(24)에 대향하는 제 1 저장위치에서, 상기 재료는 예를 들면 논리값 1을 나타내는 제 1 초상자성 응답을 갖고, 제 2 자기소자(25)에 대향하는 제 2 저장위치에서, 상기 재료는 논리값 0을 나타내는 응답을 갖고, 제 3 자기소자(26)에 대향하는 제 3 저장위치에서, 상기 재료는 논리값 1을 나타내는 응답을 갖는다. 예를 들면, 자기소자(24,25,26)는 도 6으로 상세히 설명된 것과 같은 자기장을 검출하는 다층 적층체를 갖는다. 상기 다층 적층체의 상부층은, 저장위치의 초상자성 재료의 응답에 영향을 받는다. 초상자성 재료는, 자기장에 대한 소정의 응답을 갖고, 특히 변화하는 자기장의 감소 후 특정 자화 감소를 갖는다. 실시예에서, 상기 패턴은 변화하는 자기에 대한 각각의 서로 다른 소정의 응답을 갖는 서로 다른 초상자성 재료를 포함하되, 특히 이 서로 다른 소정의 응답은 서로 다른 초상자성 재료의 서로 다른 완화시간으로 인한 변화하는 자기장의 감소 후 서로 다른 자화 감쇠이다. 이때, 단일 재료는, 임의의 자기장을 발생하고, 입자로 인한 자기장에서의 성분, 예를 들면 저주파수 또는 DC 자계를 검출하여 검출되어도 된다.
도면에 도시된 것처럼, 센서소자의 어레이의 피치는 상기 패턴과 같다. 이와는 달리, 센서소자의 피치는, x 및 y방향으로의 패턴, 예를 들면 도 1a에 도시된 패턴을 판독하기 위한 n=m=2보다 큰 n*m배이어도 된다. 상기 계수 n 및 m은 초상자성 재료의 수와 시스템용 패턴에 따라 선택되고 상기 센서소자는 그 패턴에 맞추어 정렬된다.
상기 저장 시스템의 일 실시예에서, 센서소자의 어레이는, 그 패턴의 상부에만 위치지정되지만, 정렬되지 않거나 실질적으로 동일한 회전방향으로 최대한 배향된다. 개개의 센서소자는, 상기 패턴보다 위에 x 및 y방향으로 임의의 위치에 있다. 또한, 상기 정렬은, 도 4를 참조하여 도시된 것처럼, 예를 들면 y방향과 같은 일 방향으로만 수행된다. 이 패턴은, 상기와 같은 비정렬 판독을 허용하도록 설계된다. 예를 들면, 센서소자의 피치보다 약간 작은, 예를 들면 90%인 피치의 패턴을 만든다. 심볼간섭으로 인해, 상기 저장영역의 약 10 내지 30%는 판독될 수 없다. 패턴 및 오류정정기술에서의 중복성을 사용하여 상기 감소된 판독을 보상할 수 있다. 특히 유일하게 검출가능한 마크 영역은, 예를 들면 단일 초상자성 재료만을 갖는 저장위치보다 큰 영역을 포함한다. 패턴 인식 및 심볼간섭 감소기술은, 센서 어레이에 대해 패턴의 위치를 검출하고 상기 저장위치의 값을 검출하는데 사용된다. 일 실시예에서, 초상자성 재료의 패턴은, 도 1a에 도시된 것과 같은 2 x 2 저장영역의 소정의 패턴에 따라 배치된 4개의 서로 다른 초상자성 재료의 영역을 갖고, 상기 센서소자의 어레이는 비정렬 판독을 하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 센서소자는, 실질적으로 1.5 x 저장위치의 피치인 어레이에서의 피치를 갖는다. 상기 저장위치의 피치와 센서의 피치의 비율로 인해, x 또는 y방향으로 적어도 50%를 커버하는 각 저장위치보다 위의 센서가 항상 있을 것이다. 50% 커버리지의 최악의 경우 위치에서, (동일한 초상자성 재료를 갖는) 다음의 인접한 저장위치의 간섭이 없다. 저장위치의 50%를 커버하는 2개의 인접 센서의 판독신호는, 판독을 더욱 향상시키기 위해 조합되어도 된다. 일부의 센서소자는, 예를 들면 동일한 재료의 2개의 인접한 저장위치의 25%를 커버하는 저장위치들 사이에 설치된다. 이러한 센서소자의 판독신호는, 다음 센서소자가 75%에 대해 저장위치 상에 있기 때문에 스킵될 수 있다. 따라서, 상기 패턴에 대해 센서소자의 위치를 검출한 후, 판독은 판독신호를 적절하게 처리하여, 즉 서로 다른 센서소자의 판독신호를 조합하여 제거하여서 수행될 수 있다.
정보매체의 일 실시예에서, 초상자성 재료의 패턴은, 다음과 같이 변위된 위치에서 서브패턴을 갖는다. 초상자성 재료의 패턴은, 다수의 상기 서로 다른 초상자성 재료에 대한 별도의 서브패턴을 갖고, 그 서브패턴은 각각 동일한 저장위치의 어레이를 갖는다. 각 서브패턴은 동일한 정보를 저장한다. 그 서브패턴은, 임의의 위치에서의 판독센서(즉, 판독센서의 어레이는 초상자성 재료의 패턴에 대해 정렬되지 않는다)는 상기 서브패턴 중 적어도 하나에 대해 충분하게 항상 정렬되도록 상호 변위된 위치에 설치된다. 이때, 서브패턴은 중첩되어 있다. 예를 들면, 1x1μ의 저장위치를 갖는 4개의 서브패턴을 갖는다, 즉 제 1 서브패턴은 공칭위치에 설치되고, 제 2 서브패턴은 x방향으로(우측으로) 0.5μ 변위되고, 제 3 서브패턴은 y방향으로(아래로) 0.5μ변위되며, 제 4 서브패턴은 x 및 y 방향으로 0.5μ 변위된다. 이하 (또한, 1x1μ의 감지영역을 갖고, 실질적으로 회전 오정렬이 없다고 가정하는) 헤드는, 상기 패턴 중 하나의 0.75x0.75μ의 적어도 일 영역을 커버하고, 임의의 인접한 저장위치의 최대 약 0.25x0.75μ의 영역을 커버할 것이다. 상기 간섭은 감지영역을 센서 어레이의 피치보다 작게 하고, 그리고/또는 그 센서의 중심에서의 감도를 그 감지영역의 가장자리에서보다 크게 하여 더욱 감소될 수 있다. 이때, (코스의) 동일한 정보를 갖는 n개의 서브패턴의 배치는, n배 저장용량을 감소시키지만, 아주 높은 정확한 정렬의 필요성과 위험성을 제거한다.
도 3은 판독부를 나타낸다. 판독부(30)는, 상술한 정보매체부와 함께 작용하도록 구성된다. 이에 판독부는, 경계면(32)을 갖는다. 이 경계면(32)에는, 센서소자의 어레이(31)가 구비되어 있다. 이 어레이는, 근접 작동거리 상에 상기 초상자성 재료의 존재에 민감한 자기센서부의 2차원 설계이다. 이때, 초상자성 재료와 센서소자의 수개의 조합은 선택이 수 있다. 일 실시예에서, 센서소자에는, 변화하는 자기장을 발생하고 초상자성 특성을 갖는 재료의 유무에 의해 영향을 받는 것과 같은 자기장을 검출하는 회로가 구비되어 있다. 적절한 센서소자는, 자기저항 현상에 의거한다. 이하, 일례를 도 6을 참조하여 설명한다. 판독방법은 도 7을 참조하여 설명된다.
도 4a는 저장장치(평면도) 및 정보매체를 나타낸다. 저장장치는 정보매체(40)를 수납하는 하우징(35) 및 개구(36)를 갖는다. 정보매체(40)는, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 것과 같은 저장위치(11)의 어레이를 갖는 정보면을 갖는 정보매체부(10)를 구비한다. 또한, 정보매체는, 상기 결합시에 저장위치와 대응한 센서소자간의 근접 작동거리 내에 센서소자 근처의 저장위치를 위치지정하는 상기 장치 상의 상보적 정렬부재(38)와 함께 동작하는 정렬부재(41)를 갖는다. 정보매체의 판독은, 아래에 설명된 것과 같은 판독장치에서의 매체의 삽입시에 적절한 정렬 및 등록을 하여 실현된다. 일 실시예에서, 상기 정렬부재는 정보매체부의 외벽의 소정 및 정밀하게 형성된 부분이다. 이때, 정보매체는, 실질적으로 상술한 것과 같은 정보매체부만일 수 있거나 또는 정보매체부를 포함하는 어셈블리일 수 있다. 예를 들면, 또한, 정보면을 갖는 단일 기판은, 후술하는 것과 같은 일부 형태의 정렬부재를 수용하도록 성형된다.
정보매체(40)를 저장장치(35)에 연결하는 경우, 정보매체는 개구(36) 상에 놓인다. 이 개구(36)에는, 도 3을 참조하여 설명된 것과 같은 판독부(30) 상에 경계면(32)이 구비되고, 예를 들면 돌출핀과 같은 정렬부재(38)가 구비되어 있다. 정렬부재(38,41)는, 상기 경계면에 평행한 평면 방향으로 판독부(30)의 경계면의 위치에 대해 정보매체의 저장위치 상의 위치를 결정하도록 배치된다.
일 실시예에서, 상기 개구(36)는, 하우징의 표면 내의 함몰부이고, 그 함몰부는 정보매체부를 정렬하는 정보매체(40)의 외각 경계선과 함께 동작하는 정렬부재로서 정밀하게 형성된 벽을 갖는다.
일 실시예에서, 상기 저장장치에는, 인접한 저장위치의 영향을 제거하는 센서부재의 판독신호를 해석하는 처리회로가 구비되어 있다. 임의의 센서소자는, 특히 약간의 남은 오정렬로 인한 인접한 저장위치에 의해 다소 영향을 받을 수도 있다. 그러나, 인접한 센서소자의 판독신호를 해석하여 현재의 판독신호로부터 그 신호들의 일부를 감산하여, 현재의 저장위치의 검출된 값은 향상된다. 따라서, 심볼간 간섭의 전자 정정을 제공한다. 분석은, 예를 들면 인접한 판독신호를 감산해야 하는 것과 어느 범위까지를 나타내는 나머지 오정렬에 대한 전체 정보에 의해 제어되어도 된다.
경계면에 수직한 방향으로, 판독부에서의 센서소자에 대한 저장위치의 거리가 확실히 근접 작동거리 내에 있도록 약간의 압력이 필요하다. 상기 압력은 정보매체를 저장장치에 가압하는 사용자, 또는 정보매체(미도시됨) 상부의 탄성적 뚜껑 또는 커버에 의해 이루어질 수도 있다. 근접한 물리적 콘택을 이루기 위한 다른 옵션은 기술자에게 잘 알려져 있다.
정보매체의 일 실시예에서, 정보면은 플렉시블 기판 상에 형성된다. 상기 장치에는, 예를 들면 상기 기판과 경계면 사이에서 낮은 압력 또는 진공을 생성함으로써, 플렉시블 기판을 그 경계면과 밀접하게 하는 압력계가 구비되어 있다. 일 실시예에서, 상기 장치에는, 정보매체를 경계면에 끌어당기기 위한 유인자계를 발생하는 발생기가 구비되어 있다. 상기 유인 자계의 형태는, 센서소자에 의해 사용된 자계와 서로 다르다. 예를 들면, 정전기장은 정보매체를 끌어당기도록 발생된다.
일 실시예에서, 상기 장치의 정렬부재(38)는, 경계면(32)에 대해 정보매체를 이동시키는 액추에이터에 연결된다. 단일 저장위치의 치수의 대략의 크기(즉, 수 ㎛ 이하)에서의 작은 이동만이 저장위치와 센서소자의 정렬을 하는데 충분하다. 액추에이터에 대해, 일부의 형태는, 예를 들면, 음성 코일 형태, 피에조 형태 또는 정전기 형태를 사용하여도 된다. 일 실시예에서, 상기 액추에이터는, 저장위치의 오정렬을 검출하여 제어된다. 오정렬은, 센서소자의 판독신호로부터 얻어질 수 있다. 예를 들면, 실질적인 오정렬이 있는 경우, 센서소자는 인접한 저장위치를 커버할 것이다. 동일한 값을 갖는 인접한 위치의 판독신호는, 다른 값을 갖는 인접한 위치의 판독신호와 다를 것이다. 따라서, 이러한 차이가 생기면, 즉 일부의 저장위치의 판독신호의 값이 다른 저장위치의 최대레벨과 최소레벨 사이의 중간레벨에 있는 경우, 오정렬은 검출된다. 이때, 비상관 데이터에서 중간레벨은 각각의 인접 위치가 동일하거나 또는 다른 논리값을 갖는다는 사실로 인해 저장위치의 실질적으로 50%에서 일어날 것이다. 일 실시예에서, 공지된 인접비트들을 갖는 소정의 제어패턴은, 오정렬 검출을 위해 구비된다. 제어신호는 액추에이터를 동작시키도록 발생되고, 제어신호를 인가한 후 판독신호는 다시 해석된다. 일 실시예에서, 정보매체에는, 정렬용 광학마크가 구비되고, 상기 장치에는 오정렬 신호를 발생하기 위한 광학마크들을 검출하는 별도의 광 센서가 구비되어 있다.
정보매체의 일 실시예에서, 정보면에는, 정보매체의 소정의 영역 내에 정보면에서 독특한 패턴인 위치 마크 패턴이 형성되어 있다. 초상자성 재료의 패턴에는, 센서소자의 어레이에 대해 초상자성 재료의 패턴의 위치를 검출하는 상기와 같은 마크 패턴이 구비되어 있다. 마크 패턴은, 초상자성 재료의 영역의 독특하게 검출가능한 패턴을 제공한다. 예를 들면, 위치 마크 패턴은, 임의의 초기 기계적 오정렬보다 큰 재료의 대영역을 구비하기도 한다. 그 대영역은 소정의 패턴을 갖는 재료 없이 외형으로 둘러싸여 있다. 따라서, 일부의 센서소자는, 항상 초기에 상기 대영역으로 커버될 것이다. 그 둘러싸는 센서소자를 해석하여, 오정렬은 쉽게 검출될 수 있다. 저장장치에는, 센서소자로부터 검출된 신호들을 해석하여 그 센서소자 어레이에 대해 위치마크 패턴의 절대위치를 검출하기 위한 패턴인식기술을 적용하는 프로세서가 구비되어 있다.
일 실시예에서, 센서소자의 어레이는, 정보면보다 실질적으로 작은, 예를 들면 10배 작다. 상기 장치에는, 정보면의 전체 영역을 판독하는 수개의, 예를 들면 10개의 판독위치에서 정보매체 또는 센서소자의 어레이를 위치지정하도록 배치된 액추에이터가 구비되어 있다.
일 실시예에서, 정보매체의 정렬부재는, 직사각형 돌출 안내 바아로 구성되고, 상기 장치의 상보적 안내 부재는 슬롯들 또는 그루브들이다. 이들 부재에 의한 정렬은, 1개의 평면 차원에서 효과적이다. 상기 저장 시스템의 특정 실시예는, 상술한 것처럼 정렬을 필요로 하지 않는다. 이와는 달리, 다른 평면 차원에서의 정렬은, 상기 장치의 벽 또는 돌출 정지핀에 의해 이루어질 수도 있다. 이와는 달리, 제 2 평면 차원에서의 특정 정지 위치가 없지만, 그 정보는 예를 들면, 안내 슬롯을 거쳐 정보매체를 미는 사용자에 의해 그 제 2 방향을 따라 정보매체가 추진되고 있는 동안 상기 저장위치로부터 얻어진다. 이러한 배치는, 예를 들면, 공항에서 접근을 제어하기 위한 생물 의학 또는 DNA 정보를 갖는 개인용 패스포트와 같은 응용에서와 같이 정보매체로부터 데이터를 한번 판독하는데 이롭다.
도 4b는 저장장치(측면도) 및 정보매체를 도시한 것이다. 이 저장장치는 정보매체(40)를 수납하기 위해 하우징(45)과 개구(43)를 갖는다. 상기 정보매체(40)를 저장장치(45)에 결합하는 경우, 정보매체는 개구(43) 상에 놓인다. 2개의 부분 사이는, 판독기의 슬롯이 닫힌 경우 정보매체에 대해 판독 어레이를 (접촉액으로) 눌러서 밀접해진다. 그 개구(43)에는, 도 3을 참조하여 상술한 것처럼 판독부(30) 상에 경계면(32)이 구비되어 있다. 또한, 개구(43)에는, 양측에 상기 변화하는 자기장을 발생하기 위해 적어도 한 개의 코일(미도시됨)이 구비되어 있다. 상기 판독부로부터의 판독신호는, 예를 들면 아래에 설명된 것과 같은 초상자성 재료의 응답을 검출하는 디지털 신호 처리기 및 소프트웨어와 같은 처리부(33)에서 처리된다. 또한, 개구(43)의 내부 단부에는 정렬부재 42가 설치되고 그 개구의 입구측에는 외부 정렬부재 44가 설치되어 있다. 상기 외부 정렬부재(44)는 정보매체를 고정하도록 배치되어 있다. 정보매체는, 상기 결합시에 저장위치와 그에 대응한 센서소자 사이의 근접 작동거리 내의 센서소자 근처에 상기 저장위치를 위치지정하는 상기 장치 상에 고정하는 외부 정렬부재(44)와 함께 동작하기 위한 돌출 정렬부재(41)를 갖는다. 상기 고정하는 움직임은 사용자가 정보매체를 개구 내부로 넣는 동안 인가하는 힘이나, 액추에이터에 의해 이루어져도 된다.
도 4c는 카트리지 내의 정보매체를 도시한 것이다. 정보매체는 정보매체부분(10)을 둘러싸는 카트리지(47)를 갖는다. 이 카트리지(47)는 정보매체가 저장장치와 결합되지 않은 경우 오염물(먼지 및 지문)으로부터 정보면을 효과적으로 밀봉하는 이동가능형 커버(48)를 갖는다. 저장장치는, 상기 결합시에 커버를 옆으로 이동시키는 개구기구(미도시됨)를 갖는다. 활주가능한 커버를 위한 일부의 옵션으로는, 광학 또는 자기 기록 디스크 카트리지 및 협력장치가 공지되어 있다.
일 실시예에서, 카트리지는 클리닝 패드(46)를 구비한다. 이 패드(46)는, 커버가 움직일 때 정보면 및/또는 경계면을 닦기 위해 상기 커버(48) 상에 설치 및/또는 상기 커버에 의해 움직인다. 이와는 달리, 브러쉬 등의 상기 패드 또는 다른 클리닝부는, 카트리지 자체에 놓일 수도 있다. 일 실시예에서, 카트리지에는, 커버(48)가 있어도 밀봉된 카트리지 내에 들어가게 되는 먼지 입자들을 끌어당기는 먼지 유인 내부층이 설치되어 있다.
도 5는 메모리장치를 도시한 것이다. 이 메모리장치는, 정보매체(10)와 판독부(30)를 구비하는 하우징(51)을 갖는다. 이때, 판독부는, 예를 들면, 고체상태 판독부 상에 집적된 것과 같은 코일(미도시됨) 등의 변화하는 자기장을 발생하는 수단을 구비한다. 전기 커넥터(52)는, 상기 저장장치를 외부계와 연결시키는 하우징(51)으로부터 연장된다. 도시된 것처럼, 상기 부분들은 하우징 내측에 고정되게 결합된다. 제조시에, 양쪽 부분은, 실질적으로 상기 비트위치와 그에 대응한 센서소자간의 근접 작동거리에서 센서소자에 대향되게 비트위치를 위치지정하도록 정렬된다. 상기 부분들은, 예를 들면, 접착제를 사용하거나 또는 밀봉처리에 의해 상기 정렬된 상태로 함께 접합되어 그 하우징을 구성한다. 이때, 메모리층이 마지막 단계로서 추가되고 판독장치가 다수로 제조될 수 있기 때문에, 그 새로운 장치의 제조는 규모의 경제를 이끈다. 메모리층은, 원하는 수로 별도의 생산라인에서 복제될 수 있고, 그리고 예를 들면 웨이퍼 접합공정을 사용하여 판독기 칩에 접합될 수 있다. 이와는 달리, 정보면은, 상기 판독부를 하우징(51) 내에 밀봉하기 바로 전에 판독부의 경계면 상에 스탬핑되거나 또는 임프린팅될 수 있다.
도 6은 센서소자의 상세도이다. 이 센서는, 프리(free) 자성층(62), 터널링 장벽(63) 및 고정 자성층(64)의 층들로 이루어진 다층 적층체에 판독전류(67)를 인도하는 전기적 도전재의 비트선(61)을 갖는다. 상기 적층체는, 선택선(68)을 거쳐 선택 트랜지스터(66)에 연결된 또 다른 도전체(65) 상에 설치된다. 상기 선택 트랜지스터(66)는, 상기 판독전류(67)를 접지레벨에 결합하여 게이트의 제어전압에 의해 동작될 경우 각각의 비트 셀을 판독한다. 자화방향(69)은, 고정 자성층(64)(또한 피닝된(pinned) 층이라도 함)에 존재하고, 프리 자성층(62)은 MRAM 메모리 내의 비트 셀 소자와 동일한 터널링 장벽(63)에서의 저항을 결정한다. 프리 자성층의 자화는, 상기 재료가 화살표 60으로 나타낸 근접 작동거리 내에 있을 경우, 도 2b에 상술한 것과 같은 센서에 대향하는 저장위치에 상기 재료에 의해 결정된다.
센서소자에 대해, MRAM과 비교하여 서로 다른 요구사항 때문에, 스핀 터널 접합의 조성물과 특징은, MRAM을 위해 사용된 것들과 비교하여 변경된다. MRAM에 대해, 2개의 안정된 자화 구성(즉, 평행 및 반평행)이 상기 저장에 필수적이고, 상기 제안된 센서소자는 안정된 자화를 갖는 일층과, 자유 자화를 갖는 일층을 포함한다. 물론, 예를 들면, 피닝된 또는 교환 바이어스된 층에 기준 자화의 방향은 변동되지 않아야 한다. 따라서, 감지층으로서 작용하는 자유층에 대해, 보자성이 낮은 재료를 선택해야 한다. 일 실시예에서, 다수의 센서소자는 동시에 판독된다. 비트셀들은 교차선의 어레이를 사용하여 어드레싱을 행한다.
초상자성 재료의 응답으로 인한 자기장에 의해, 센서소자의 감지층에서의 자화방향이 서로 달라지게 된다. 이 방향은, 다층 또는 단일층 적층체를 갖는 센서소자에서 예를 들면, GMR, AMR 또는 TMR과 같은 자기저항효과를 사용하여 검출된다. 이 TMR형 센서는, 본 발명의 센서소자에 대한 저항 정합 이유로 바람직하다. 코일들 또는 변화하는 바이어스 자계를 발생하는 다른 전류 리드들은, 상기 센서소자에 집적될 수 있다. 당업자에게 명백하는 것처럼, 바이어스 자계를 발생하기 위해 다양한 변형예가 가능하다. 주어진 예들은 수평(in-plane)감도를 갖는 자기저항소자를 사용하고 그것은 수직자계에 민감한 센서를 사용하는 것이 가능하다. 자기저항효과를 사용한 센서에 대한 추가의 설명에 대해서는, "Frontiers of Multifunctional Nanosystems", 페이지 431-452, ISBN 1-4020-0560-1(HB) 또는 1-4020-0561-X(PB)에 공개된 것처럼, K.-M.H.Lenssen에 의한 "Magnetoresistive sensors and memory"를 참조한다.
도 7은 변화하는 자기장 및 응답을 도시한 것이다. 직사각형 펄스 형상의 곡선(71)은, 변화하는 자기장을 나타낸다. 3가지 형태의 입자의 응답곡선은, 빠른(적색) 입자 곡선 72R, 목표(녹색) 입자 곡선 72G 및 느린 입자 곡선 72B를 도시한 것이다. 그 판독방법은 다음과 같다. 정보매체는, 높은 국부적 수평 또는 수직자계를 발생하는데 사용되는 헤드들로 이루어진 어레이와 전류코일들로 이루어진 어레이 사이에 삽입된다. 그래서, 상기 유도된 자화는, 수평 또는 수직이다. 아주 일반적으로, 완화시간이 서로 다른 입자를 갖는 저장위치로부터의 신호에 대한 기여는, 외부자계의 인가에 의해 유도된 자화 감소의 측정으로 구별될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 검출은, 상기 인가된 자계가 오프일 경우 실행되어, 센서는 상기 인가된 자계에 의해 바이어싱되지 않는다. 그러나, 또한, 상기 인가된 자계가 센서의 감도방향에 수직한 구조를 사용하는 것이 가능하여, 그 자계가 온되면서 측정할 수 있다. 변화하는 자기장 곡선은, 서로 다른 형태("색"이라 불림)의 초상자성 재료로부터 상기 기여를 최적으로 구분할 수 있도록 선택될 수 있다. 간단한 방법은 도 7에 도시되어 있다. 상기 코일들은, 주기적으로 양값이 오프 음값이 오프하는 변화하는 자기장(71)을 발생한다. 각 위상의 지속기간은 T이므로, 그 주기는 4T이다. 센서는 오프상태시 평균신호를 측정한다. 일 실시예에서, 그 평균 대신에, 더욱 상세한 신호처리를 사용하여 각 초상자성 재료의 전체 검출된 자기장에의 기여를 검출한다. 아래에서는, 초상자성 입자의 시간 의존 응답을 닐 아르헤니우스(Neel-Arrhenius) 이론 내에서 산출한다. 도 9에는, 정자계에서 얻어진 정지상태신호에 의해 정규화된 완화시간 τ을 갖는 입자로부터의 평균신호가 펄스폭 Tmax 1.5τ일 경우 아주 뾰족해진다. 10(100)배 크거나 작은 펄스폭에 의해 약 5(50)배 신호가 감소된다. 시간 의존 자화는 도 7에 도시되어 있고, 여기서 펄스주기는 '녹색' 입자의 완화시간에 대해 '조정'된다. 입자가 훨씬 작은(적색) 및 큰(청색) 완화시간을 각각 가지며, 적색 입자로부터의 평균응답신호 72R와 청색 입자로부터의 평균응답신호 72B는, 보다 작다.
실례에서, 각 센서는 n개의 형태의 재료('색')를 감지하고 특정시간 Ttot는 각 센서의 판독을 위해 사용가능하다. N이 병렬로 판독된 센서의 수인 경우, 전체 비트율은 b=nN/Ttot이다. 이 개념은 대량으로 병렬 판독, 즉 매우 큰 N을 사용한다. (좁은) 응답(완화시간)의 분포에서의 최대값이 형태마다 정밀하게 공지되어 있다. 상술한 방법의 응용은, 펄스폭 Ti(i=1∼n)을 사용하여 자계 오프 주기동안 평균 자화의 n 측정을 행하는 것을 필요로 한다. 동일한 신호 대 잡음비(SNR)는, 이들 측정의 전체 지속기간이 모두 i에 대해 동일하면 모든 형태에 대해 얻어진다. 그 경우에, i=n이 완화시간이 가장 큰 클래스인 경우, 실제 측정이 일어나는 동안의 최소시간은 nTn이다. 이때, 상기 SNR이 보다 짧은 완화시간을 갖는 형태에 대해 충분히 높을 경우 보다 짧은 시간을 사용할 수 있다. 그러나, 측정을 개시하기 전에, 상기 시스템은, 임의의 초기 상태 효과를 최소화하기 위해서 측정 주파수에서의 동적 평형이 되어야 한다. 또한, 최장 완화시간을 갖는 입자의 형태는, 초기 상태 효과를 제거하는데 필요한 시간을 결정한다. 합리적인 정확도는, 3Tn의 지속기간을 갖는 최단의 가능한 초기화 시퀀스를 사용하는 경우 빨리 도달되어도 된다. i=n에 대해, 이것은 t0-t3에서 도 7에 도시된 자계 패턴을 사용하는 것에 해당한다. 다른 주기에서 측정을 수행하기 전에, 자계 사이클의 아주 많은 수는, 최종 측정을 행하기 전에 동일한 시간간격 3Tn 내에 적용된다. 그 경우에, Ttot=4nTn 6nτn.
수치 예로는 (도 1a에 도시된 것처럼) b=1Gb/s 및 n=4가 있다. 그것은, 최소 완화시간이 약 0.1-1ns를 갖는 초상자성의 이론으로부터 수반된다(아래 참조). 그러나, 실제 최소 완화시간은, 예를 들면 최소 펄스 길이 3ns 및 그에 따른 최소 완화시간 2ns를 허용하는 실제 설계에서 자화 코일의 최대 펄스주파수에 의해 결정된다. 현재 초상자성 나노 입자는, 그들의 평균 완화시간이 적어도 10배가 서로 다른 경우 거의 완화시간 분포 함수를 중첩하지 않으면서 제조될 수 있다. 그 예에서, 완화시간은 2,20,200 및 2000ns와 같다. 그래서 Ttot는 48㎲이고, N=12000. 이때, 보다 정확한 입자의 제조 또는 보다 복잡한 검출방법은 완화시간들간에 보다 작은 변인을 허용하기도 한다. 아래에 주어진 현상학적 이론 내에서, (영 자기장에서)상기 완화시간은 τ=(τ0/2)exp(KV/kT)로 나타낸다. 파라미터 τ0는 에너지 장벽 KV에 대한 자화의 열적으로 유도된 전환에 대해 시도 주파수 ν0의 역수이고, 여기서 K는 입자의 효과적인 단축 자기 이방성이고, V는 볼륨이다. τ0=0.67ns로 가정하자. 그리고, 입자의 우리의 4개의 클래스들에 대한 비율 KV/kT는, 약 1.8, 4.1, 6.3 및 8.7이다(또한 도 8 참조). 이들 수로 밝혀진 것은, 입자의 KV적은, 피크값의 15%보다 작은 반치 반폭의 분포를 가져야 한다. 변형이 체적 변형으로 인한 것일 경우, 그 반경은 5% 이내에서 정확해야 한다. 요즘, 이것은 화학적으로 준비된 나노입자를 사용하여 가능하다. 포화자화가 높은 초상자성 Fe-Pt입자에 관해 Sun et al.에 의한 공보 [Science 287,p.1989(1999)]에서 일례를 발견할 수 있다. 3 내지 10nm 직경 입자의 제조 및 특성화에는, 5%미만의 반경에서 표준편차가 설명되어 있다. 본 출원에 대해 유효 K는 추정되어, 입자 용량의 분포의 공지된 작은 폭과 조합될 수 있고, 필요한 완화시간의 세트를 갖는 입자를 제공한다. 동일한 단분산도의 정도는 다른 합금에 대해서 가능하다.
일 실시예에서, 상기 판독방법은, 판독신호의 추가의 처리를 포함한다. 상술한 이 판독방법은, 간단하고 자계 오프 상태에서의 평균 플럭스에 의거하여 그 측정된 플럭스에 관해 수학적 해석을 단순하게 한다. 그러나, 그것은, 센서 당 전체 측정시간의 관점에서 보면 효율적이지 못하다. 보다 최적의 구성을 위해서, 그 시간은 최대값 Ttot Tn에 훨씬 근접해야 한다. 이러한 목적은, 단지 평균신호만이 아닌 자계 오프(field-off) 상태 동안 신호의 시간 의존성을 측정할 때 달성될 수 있다. 그것에 의해 그들의 자화의 초기조건에 대해 각 클래스로부터의 기여를 결정할 수 있다.
열 이용 판독이라고 불리는 일 실시예에서, 상기 판독방법은, 예를 들면 레이저에 의해 정보매체를 국부 가열하는 것을 포함한다. 투명기판을 사용하는 것에 의해 그 기판을 통해, 필요한 경우, 자계코일을 통해 매체를 국부적으로 가열할 수 있다. 가열은 다음의 방법에서 사용될 수 있다. 제 1 실시예에서는 가열을 사용하여 자기장 냉각(field cooling) 또는 영 자기장(zero-field) 냉각 과정에 의해 잘 정의된 초기상태를 빠르게 준비한다. 그리고, 온도는, 제 1 사전측정 상태동안만 증가된다. 제 2 실시예에서는, 가열을 사용하여, 실온에서 아주 큰 완화시간을 갖는 입자를 검출하게 함으로써 완화시간의 범위를 개선한다. 그래서, 상기 온도는 측정상태의 일부동안 또는, 전체 측정상태동안 증가된다. 또 다른 실시예에서는, 초상자성 입자의 응답의 일부 형태를 검출하기 위해 상기 측정 상태동안 소정의 패턴에 따라 온도를 변조한다.
판독방법을 정량적으로 설명하기 위해서, 먼저, 인가된 자계 H의 변화에 대한 초상자성 입자의 열적으로 활성화된 응답의 이론을 설명한다. 소위 닐 아르헤니우스 모델은, 상기 입자가 단축 자기 이방성을 갖고, 상기 인가된 자계는 자화 용이축에 평행하다고 가정한다. 자기 기록이론으로부터 일반적인 정렬 위한 정정은, 관련된 물리학에 관해 정량적으로 서로 다르게 묘사하지 않는다는 것을 안다. 상기 자계가 충분히 강하면, 그 자계에 대해 자화가 평행하고 반평행한 상태는 각각 안정하고 준안정하다. 그 정적 및 동적 특성은, 2개의 무차원 파라미터:
를 특징으로 하고,
여기서, M은 포화자화이고, K는 (유효) 단축 이방성 상수이고, V는 입자 용량이다. 정지 자기장과 일정한 온도 T에서, 평형 자기 모멘트는 파라미터 x:
에 의해서 결정되고, 여기서, x>>1일 경우 포화 모멘트 MV에 접근하고, x<<1일 경우 약 (x/3)MV와 같다. 식(2)에서의 괄호안의 인자는, 랑제방(Langevin) 함수, L(x)라고 불린다. 자기장의 갑작스러운 변화 후, 자화의 응답은 시간의 지수함수이고, 그 완화시간은 다음식을 특징으로 하고,
여기서, 무차원 에너지 장벽 e1 및 e2는 아래식으로 나타낸다.
이들은, 안정상태로부터 준안정 상태로의 여기를 위해 kT에 의해 정규화된 에너지 장벽이다. y<0.5x일 경우, 에너지 장벽이 없고, 그 이론은 응용가능하지 않다.
도 8은 비율 τ/τ0의 곡선을 도시한 것이다. 파라미터 x와 y의 함수로서 동일한 τ/τ0의 곡선(81)은 상기 나타낸 식(A1)에 정의되어 있다. 음영영역(82)에서는 에너지 장벽이 없다. τ/τ0= 0.67ns이면, 상기 나타낸 예에서처럼, 이들 곡선은 τ =2,20,200 및 2000ns에 해당한다. 동일한 값의 곡선은 상술한 x와 y의 함수로서 나타내어져 있다. 파라미터 τ0가 전형적으로 다수의 자성재를 위해 1ns인 것이 실험 작용에는 공지되어 있다. 그 경우에, 도 8에 도시된 4개의 곡선은, 메인 텍스트에서 나타낸 예에 대응하는 2,20,200 및 2000ns인 완화시간에 해당한다. 아래에서 밝혀지는 것은, 상기 시스템이 자기장이 비교적 작은(x<1) 구성에서 아마 동작할 것이라는 것이다. 그래서, 상기 완화시간은 인가된 자계에 약하게만 의존한다.
시간 t1 및 t2에서의 입자의 (모듬 평균) 자기모멘트(도 7 참조)는 다음식으로 나타낸다.
여기서, m은 사용된 자계와 온도에서 정지 상태 평균 자기 모멘트이다.
도 9는 자계=오프(off) 상태에서의 평균 매체 자화를 도시한 것이다. 이 평균 자화 곡선(91)은, 자화하는 자계=온(on)인 정지상태 자화에 대해 나타내고, 동일한 온도에서 비율 T/τ의 함수로서 나타내어진다. T는 펄스길이(도 7 참조) 및 τ는 x=0에서의 완화시간이다. 시간간격[t1,t2]의 평균 자화는, 다음식으로 나타낸다.
표명된 최대값은 T=1.5τ에 가깝게 위치되어 있다. 그 최대값에서, 시간평균 자화는, 사용된 자계와 온도에서 최대 가능한 값에 약 0.38배이다. 그래서, 상기 펄스방법의 사용은, 약 2.6배의 신호 진폭을 요한다. 그러나, 이득은 상기 최대값과 같지 않은 완화시간을 갖는 입자로부터의 신호로 인해 상당히 감소된다. 그 상대적 감소는, 완화시간의 10(100)배 보다 크거나 작은 입자에 대해 약 5(50)배이다.
나노 입자의 완화시간의 변형은, K 또는 V를 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 이것은, 시스템 설계의 특정한 자유도를 제공한다. 일례로서, 동일한 포화 자기 모멘트, 동일한 입자 용량((동일한 x, 및 K의 서로 다른 값으로 인해 다른 y) 및 (메인 텍스트에서 나타낸 예에서처럼) 1∼10의 KV값을 갖는 4개의 미립자의 클래스일 경우를 생각해보자. x의 동일한 값은, 상기 측정된 플럭스에 대한 각 '색'의 영역의 정지상태 기여가 동일한 것을 확실하게 한다. 전형적인 K의 실험값은, 예를 들면, FeK=4x104J/m3 및 CoK=4x105J/m3일 경우 약 103∼107J/m3이다.
도 10은 초상자성 입자의 파라미터를 도시한 것이다. 도 10a는 Msat=1200kA/m를 사용하여, 상기 인가된 자기장의 일련의 값에 대해 입자 반경의 함수로서 파라미터 x를 도시한 것이다. 도 10b는 자기 이방성 에너지 밀도 K의 일련의 값에 대한 입자 반경의 함수로서 파라미터 y를 도시한 것이다. T=300K. 일련의 시스템 파라미터의 전형적인 예는, 다음과 같이 회색영역(101,102)으로 나타내어져 있다. 도 10b는, 반경이 5nm이고 K값의 범위가 회색영역(102)에서 1x104J/m3∼1x105J/m3인 입자를 도시한 것이다. 그래서, 약 0.01T의 B 자계는, 포화, 즉 도 10a의 회색영역(101)에 도시된 것처럼, 1에 근접한 x의 값으로부터 아주 떨어져 있지 않은 자화를 실현하기 위해서 필요하다. x>>1일 경우, 상기 자계=온 상태동안 상기 완화시간은, 자계=오프 상태 동안보다 상당히 작아지게 되어, 도 9에 도시된 것보다 자계=오프 주기동안 평균 자화에 따라 T/τ에서 피크가 상당히 폭넓게 될 것이다. 이때, 자계=오프 상태에서의 평균 자화는, 특히 T/τ<1에 대해서 x가 증가함에 따라 증가한다. 그러므로, ac 검출방법의 특이성은, x>>1일 경우 없다. 그러나, 실제로, 0.01T 보다 훨씬 큰 ac B 자계를 발생하는 것이 곤란하다. 그러므로, x는 1이하에 근접하여서, 도 9에 도시된 곡선은 양호한 근사값이다.
본 발명에 따른 메모리장치는, 다음의 응용을 위해 적합하다. 첫 번째 응용은, 예를 들면, 랩탑 컴퓨터 또는 휴대용 음악 재생기와 같은 착탈식 메모리를 필요로 하는 휴대형 장치가 있다. 저장장치는 그 전력소비가 낮고 데이터에의 순간적 접근을 한다. 또한, 정보매체는, 콘텐트 제공용 저장매체로서 사용될 수 있다. 다른 응용은, 저작권 보호가 매우 좋은 메모리가 있다. 이 보호는, 정보매체의 기록가능형/재기록가능형 버전이 존재하지 않고 소비자가 판독전용 정보매체를 복사할 수 없다는 사실로부터 이익을 얻고, (정확한) 변화하는 자기장 없이 정보매체를 판독하는 것이 가능하다는 사실로부터 이익을 얻는다. 예를 들면, 이러한 형태의 메모리는, 게임 제공에 적합하다. 기존의 해결책과 비교하여, 그것은 모두 다음의 특성: 복제 용이, 복사방지, 인스턴트 온, 급속 액세스 시간, 강건성, 무이동부, 저소비전력 등을 갖는다.
본 발명은 초상자성 재료의 감쇠시간을 사용한 실시예들로 주로 설명하였지만, 임의의 형태의 자기장에 대한 응답을 사용할 수 있다. 또한, 센서소자에 대해 상기 실시예들은, 자기저항 센서를 나타내었지만, 코일 등의 임의의 형태의 자기센서를 사용하여도 된다. 이때, 본 명세서에서 동사 '포함하는'과 그것의 활용은 열거된 것들 이외의 다른 구성요소 또는 단계들의 존재를 배제하지 않고, 소자 앞의 단어 'a' 또는 'an'은 복수의 상기와 같은 구성요소들의 존재를 배제하지 않고, 임의 참조부호는 청구범위에 한정되지 않고, 본 발명은 하드웨어와 소프트웨어 양쪽을 사용하여 실행되어도 되고, 일부의 '수단' 또는 '부'는 하드웨어 또는 소프트웨어의 동일한 항목으로 나타내어져도 된다. 또한, 본 발명의 범위는 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명은 각각 및 모든 신규 특징 또는 상술한 특징들의 조합을 포함한다.

Claims (25)

  1. 정보매체와 저장부를 구비하고,
    상기 정보매체(40)는 저장위치의 어레이(11)를 구성하는 초상자성 재료의 패턴이 구비된 정보면(28)을 갖고, 상기 정보면(28)에서 특정 초상자성 재료의 존재는 저장위치의 값을 나타내고, 상기 특정 초상자성 재료는 변화하는 자기장에 대해 소정의 응답을 하고,
    상기 저장부는 정보면(28)과 함께 동작하는 경계면(32)을 갖고, 상기 경계면에는, 상기 변화하는 자기장을 발생하는 자기장 발생수단(27)이 구비되고, 판독신호를 발생하는 감지영역을 각각 갖는 자기센서소자들(24,25,26)로 이루어진 어레이와, 상기 판독신호를 처리하여 소정의 응답을 거쳐 상기 존재를 검출하는 처리부(33)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초상자성 재료의 패턴은, 변화하는 자기장에 대해 소정의 응답이 각각 다른 다수의 서로 다른 초상자성 재료를 구비하고, 특히 상기 서로 다른 소정의 응답은 그 서로 다른 초상자성 재료의 서로 다른 완화시간으로 인해 상기 변화하는 자기장의 감소 후 서로 다른 자화감쇠인 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 초상자성 재료의 패턴은, 소정의 패턴에 따라 배치된 서로 다른 초상자성 재료의 영역들을 포함한 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 초상자성 재료의 패턴은, 저장위치들 중 적어도 하나에서의 상기 서로 다른 초상자성 재료들의 조합을 포함하되, 그 조합은 상기 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 초상자성 재료의 패턴은, 상기 다수의 서로 다른 초상자성 재료들마다 별도의 패턴을 포함하되, 이 별도의 패턴은 각각 별도의 저장위치가 상호 변위된 위치에 위치지정된 별도의 저장위치를 갖는 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    자기센서소자(24,25,26)의 감지영역은, 다수의 저장위치의 영역에 해당하는 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 초상자성 재료의 패턴은, 변화하는 자기장에 대해 소정의 응답이 서로 다른 다수의 서로 다른 초상자성 재료들을 포함한 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 자기센서소자(24,25,26)는, 정수의 저장위치에 실질적으로 대응하지 않는 어레이에서 피치를 갖고, 특히 초상자성 재료의 패턴은 2×2 저장영역의 소정의 패턴에 따라 배치된 4개의 서로 다른 초상자성 재료의 영역들을 포함하고, 상기 피치는 1.5×저장위치의 피치인 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    판독신호를 처리하여 상기 존재를 검출하는 처리부(33)는, 일 주기에서의 판독신호의 응답 다음에 상기 변화하는 자기장의 감소를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    판독신호를 처리하여 상기 존재를 검출하는 처리부(33)는, 일부의 센서소자(24,25,26)의 판독신호들의 조합의 응답을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    판독신호를 처리하여 상기 존재를 검출하는 처리부(33)는, 초상자성 재료의 패턴에서의 저장위치에 대해 센서소자의 위치를 검출하고,
    - 상기 센서소자의 오정렬을 나타내는 위치 오차신호의 발생 및/또는
    - 그 검출된 위치에 따라 인접한 저장위치의 간섭의 보상을 행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 초상자성 재료의 패턴은, 센서소자의 어레이에 대해 초상자성 재료의 패턴의 위치를 검출하기 위한 마크 패턴이 구비되고, 상기 마크 패턴은 초상자성 재료의 영역들의 유일하게 검출가능한 패턴을 제공하는 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 마크 패턴은, 초상자성 재료의 동기영역을 포함하고, 그 동기영역은 저장위치보다 큰 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    판독신호를 처리하여 상기 존재를 검출하는 처리부(33)는, 마크 패턴을 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 변화하는 자기장을 발생하는 수단(27)은, 특히 실질적으로 자기장을 갖지 않는 주기들을 포함하는 펄스 자기장을 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 펄스 자기장은, 특히 서로 다른 초상자성 재료의 서로 다른 완화시간으로 인해 자화감쇠가 서로 다른 서로 다른 소정의 응답을 검출하는 서로 다른 펄스길이의 펄스들로 이루어진 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 변화하는 자기장을 발생하는 수단(27)은, 센서소자의 감도방향에 실질적으로 수직한 방향으로 그 자기장을 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장부에는, 정보면을 국부적으로 가열하는 가열수단이 구비된 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    정보매체(40)는 상기 저장부에 결합되고 상기 저장부로부터 제거될 수 있고, 상기 시스템은 상기 결합시에 저장위치와 그에 대응한 센서소자간의 근접 작동거리내 센서소자 근처의 저장위치를 위치지정하는 정렬수단을 갖는 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  20. 정보를 저장하되, 저장위치의 어레이(11)를 구성하는 초상자성 재료의 패턴이 구비된 정보면을 갖고, 상기 정보면에서 특정 초상자성 재료의 존재는 저장위치의 값을 나타내고, 상기 특정 초상자성 재료는 변화하는 자기장에 대해 소정의 응답을 하는 것을 특징으로 하는 정보매체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    기판은, 저장위치와 그에 대응한 센서소자 사이의 근접 작동거리 내 센서소자(24,25,26) 근처의 저장위치의 위치지정을 하게 하는 플렉시블 재료를 갖는 것을 특징으로 하는 정보매체.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 정보매체는, 장치에 연결된 경우 정보면을 노출시키는 개구를 갖는 카트리지(47)와 장치로부터 제거될 때 개구를 닫기 위한 커버(48)를 구비한 것을 특징으로 하는 정보매체.
  23. 청구항 20에 기재된 정보매체를 판독하는 저장장치에 있어서,
    상기 장치는 정보면과 함께 동작하는 경계면(32)을 갖고, 상기 경계면에는 변화하는 자기장을 발생하는 자기장 발생수단이 구비되고, 판독신호를 발생하는 감지영역을 각각 갖는 자기센서소자(24,25,26)로 이루어진 어레이와, 상기 판독신호를 처리하여 소정의 응답을 거쳐 상기 존재를 검출하는 처리부(33)가 구비된 것을 특징으로 하는 저장장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    판독신호를 처리하여 상기 존재를 검출하는 처리부(33)는, 일 주기에서의 판독신호의 응답 다음에 상기 변화하는 자기장의 감소를 검출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저장장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 센서소자의 어레이는, 정보매체의 저장위치의 전체 수보다 실질적으로 적은 센서소자들을 갖고, 상기 장치는 조합에 있어서 총수의 저장위치를 덮는 서로 다른 정렬위치에서의 상기 어레이 또는 정보매체를 위치지정하는 정렬수단(42,44)을 구비한 것을 특징으로 하는 저장장치.
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