KR20060070960A - Position sensor for nano inormation storage devices using afm and the afm comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캔틸레버가 부착된 기판의 소정위치에 집적되며, 정보가 저장되는 매체에 집적되어지는 자석과의 상대적인 움직임에 따라 유도되는 전류를 상기 캔틸레버의 위치측정을 위한 신호로서 제공하는 코일을 포함하는 원자력현미경을 이용한 나노정보저장 장치용 위치센서 및 이를 포함하는 원자력 현미경을 제공한다.The present invention includes a coil which is integrated at a predetermined position of a substrate on which a cantilever is attached, and which provides a current induced as a signal for measuring the position of the cantilever, which is induced by a relative movement with a magnet integrated in a medium storing information. Provided are a position sensor for a nano information storage device using an atomic force microscope and an atomic force microscope including the same.

AFM, 코일, 자석, 센서, 위치AFM, coil, magnet, sensor, position

Description

원자력현미경을 이용한 나노정보저장 장치용 위치센서 및 이를 포함한 원자력 현미경{Position Sensor for Nano Inormation Storage Devices Using AFM and the AFM Comprising The Same} Position Sensor for Nano Inormation Storage Devices Using AFM and the AFM Comprising The Same}             

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서 제시되는 유도 전류를 이용한 거리측정 센서가 집적된 시스템 구성도1 is a system configuration of an integrated distance measuring sensor using the induced current presented as a preferred embodiment of the present invention

도 2는 유도전류가 발생하는 원리를 도시한 설명도.2 is an explanatory diagram showing a principle in which an induced current is generated.

도 3은 도 1에 도시한 시스템에서 센서부분인 코일과 자석 부분의 확대도3 is an enlarged view of a coil and a magnet part which are sensor parts in the system shown in FIG.

본 발명은 원자력현미경을 이용한 나노정보저장 장치용 위치센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캔틸레버의 위치를 저장매체와의 관계에서 일정하게 유지시키기 위한 거리 측정용 위치 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a position sensor for a nano-information storage device using a nuclear microscope, and more particularly to a position sensor for measuring distance for maintaining the position of the cantilever in a relationship with the storage medium.

원자력현미경(Atomic Force Microscope, 이하 AFM으로도 약칭)은 원자간에 발생하는 힘을 이용하여 물체의 표면을 관찰하는 시스템으로 원자단위의 해상도를 가질 수 있는 측정 장비이다. 이와 같은 높은 해상도를 이용하여 정보를 저장하고 읽을 수 있는 AFM 나노 정보저장 장치에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.Atomic Force Microscope (also abbreviated as AFM) is a system that observes the surface of an object by using force generated between atoms. It is a measuring instrument that can have resolution in atomic units. Research on the AFM nano information storage device capable of storing and reading information using such a high resolution is being actively conducted.

AFM 나노 정보저장 장치는 정보(data)의 단위인 한 비트(bit)가 차지하는 영역의 크기가 나노미터 단위로 작기 때문에 매우 높은 저장밀도를 갖는 정보저장 장치를 구현할 수 있게 된다. 이러한 정보저장 장치는 데이터를 쓰고 읽는 역할을 하는 켄틸레버가 데이터를 기록하는 미디어에 일정한 힘을 가한 후에 열을 가해서 해당 영역을 녹여서 데이터를 표시함으로써 정보저장 장치로서의 역할을 수행하게 된다. 이 때, 켄틸레버와 미디어간의 거리는 데이터를 읽고 쓰는 과정에서 매우 중요한 역할을 하게 된다. 우선, 켄틸레버의 끝에 탐침(또는 팁)이 정확하게 미디어에 닿아 있어야 하고, 또한 켄틸레버가 일정한 힘으로 미디어를 누르고 있어야 한다. AFM 나노 정보저장 장치에는 속도개선을 위해서 켄틸레버를 어레이(array)로 배열하게 되는데 여기에 사용되는 모든 켄틸레버가 앞에서 설명한 바와 같이 일정한 힘으로 미디어를 누르고 있어야 한다. 그래야만 켄틸레버를 사용해서 쓴 데이터의 사이즈가 일정하게 된다. 따라서 모든 켄틸레버와 미디어간의 거리를 일정하게 유지시켜주는 일이 데이터를 읽고 쓰는 과정에서 매우 중요한 역할을 하게 되고 이를 위해서는 켄틸레버가 집적되어 있는 기판과 미디어가 집적되어 있는 기판 사이의 거리를 일정하게 유지시켜주어야만 한다.The AFM nano information storage device can realize an information storage device having a very high storage density because the area occupied by one bit, which is a unit of data, is small in nanometers. Such an information storage device performs a role as an information storage device by displaying a data by applying heat to the media for recording and writing a data by a cantilever that writes and reads data. At this time, the distance between the cantilever and the media plays a very important role in the process of reading and writing data. First, the tip (or tip) of the tip of the cantilever must touch the media correctly, and the cantilever must hold the media with a constant force. In the AFM nano information storage device, the cantilever is arranged in an array to improve speed. All the cantilevers used here must hold the media with a constant force as described above. This ensures that the size of the data written using the cantilever is constant. Therefore, maintaining a constant distance between all the cantilever and the media plays a very important role in reading and writing data. For this purpose, the distance between the cantilever integrated substrate and the media integrated substrate is constant. It must be maintained.

이를 위해서는 두 기판 사이의 거리를 정확하게 측정해야 하고, 이를 통해서 피드백 알고리즘을 사용해서 두 기판 사이의 거리를 변화시켜야 한다. 기존에 거리를 측정하는 대표적인 방법은 정전 (capacitive) 방식이다. 이 방법은 거리를 측정 하고자 하는 두 구조에 전극을 집적하고 이 전극 사이에 형성된는 정전용량(capacitance)이 전극 사이의 거리에 따라서 변하는 현상을 이용한 것이다. 즉, 두 전극 사이의 거리에 따라서 정전용량이 변할 때 이를 측정함으로써 거리를 계산한다.To do this, the distance between the two substrates must be accurately measured, and the distance between the two substrates must be changed using a feedback algorithm. The typical method of measuring distance is capacitive method. This method takes advantage of the phenomenon that the capacitance is integrated between two structures whose distances are to be measured and the capacitance formed between the electrodes changes according to the distance between the electrodes. That is, the distance is calculated by measuring when the capacitance changes according to the distance between the two electrodes.

그러나, 이러한 방법은 주위의 기생 정전용량(parasitic capacitance)이 노이즈(noise)로 작용하여 AFM 정보저장장치와 같이 두 기판 사이의 거리를 측정해야 하는 곳에서는 큰 기생 정전용량으로 인해서 사용하기 힘들다는 단점이 있다.However, this method has the disadvantage that the parasitic capacitance of the surroundings acts as a noise and is difficult to use due to the large parasitic capacitance where the distance between two substrates, such as an AFM data storage device, needs to be measured. There is this.

본 발명은 상기 종래 기술이 가지는 한계를 극복하기 위해 제시된 것으로, 그 목적은 기생 정전용량으로 인한 영향을 고려할 필요가 없으면서도 캔틸레버의 위치를 일정하게 유지시킬 수 있도록 하는 거리 측정용 위치 센서를 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the limitations of the prior art, and its object is to provide a distance measuring position sensor that can maintain a constant position of the cantilever without having to consider the effects of parasitic capacitance. have.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 캔틸레버가 부착된 기판의 소정위치에 집적되며, 정보가 저장되는 매체에 집적되어지는 자석과의 상대적인 움직임에 따라 유도되는 전류를 상기 캔틸레버의 위치측정을 위한 신호로서 제공하는 코일을 포함하는 원자력현미경을 이용한 나노정보저장 장치용 위치센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a signal for measuring the position of the cantilever is integrated in a predetermined position of the cantilever-attached substrate, the current induced by the relative movement with the magnet is integrated in the medium on which the information is stored It provides a position sensor for a nano-information storage device using a nuclear microscope including a coil provided as.

본 발명에 의하면, 상기 코일은 기판에 적어도 3개가 소정의 위치에 집적되 어지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 코일은 기판에 서로 120도의 각도로 위치하는 것이 좋다.According to the present invention, it is preferable that at least three coils are integrated in a predetermined position on a substrate, and more preferably, the coils are positioned at an angle of 120 degrees to each other on the substrate.

본 발명에 의하면, 바람직하게는 상기 정보가 저장되는 매체는 실리콘으로 한다.According to the present invention, preferably, the medium on which the information is stored is silicon.

또한, 본 발명은 정보저장매체에 정보를 저장하기 위한 목적으로 사용되며, 말단에 팁이 부착된 캔틸레버를 포함하는 기판을 가지는 나노정보저장 장치용 원자력현미경에 있어서, 캔틸레버가 부착되는 기판은 정보가 저장되는 매체에 집적되어지는 자석과의 상대적인 움직임에 따라 유도되는 전류를 상기 캔틸레버의 위치측정을 위한 신호로서 제공하는 코일이 소정의 위치에 집적된 기판임을 특징으로 하는 나노정보저장 장치용 원자력현미경을 제공한다.In addition, the present invention is used for the purpose of storing information in the information storage medium, in the nuclear microscope for nano-information storage device having a substrate including a cantilever with a tip at the end, the substrate to which the cantilever is attached A nuclear microscope for nano-information storage device, characterized in that the coil is a substrate integrated in a predetermined position to provide the current induced by the relative movement with the magnet integrated in the storage medium as a signal for the position measurement of the cantilever. to provide.

본 발명에 의하면, 상기 코일은 기판에 적어도 3개가 소정의 위치에 집적되어지는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 코일은 기판에 서로 120도의 각도로 위치하는 것이 좋다.According to the present invention, it is preferable that at least three coils are integrated in a predetermined position on a substrate, and more preferably, the coils are positioned at an angle of 120 degrees to each other on the substrate.

본 발명에 의하면, 상기 정보가 저장되는 매체는 실리콘으로 한다.According to the present invention, the medium on which the information is stored is silicon.

상기한 바와 같이 종래기술과 대비되는 본 발명의 특징은 자석의 상대적인 움직임으로부터 유도되는 코일에 흐르는 전류를 이용하여 두 기판 사이의 거리를 정확하게 측정하는 센서를 제안함으로써 두 기판 사이의 거리를 일정하게 유지시키는 것에 있다.As described above, a feature of the present invention as opposed to the prior art is to propose a sensor that accurately measures the distance between two substrates by using a current flowing in a coil derived from the relative movement of a magnet, thereby keeping the distance between the two substrates constant. It is to let.

이하, 본 발명의 내용을 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail with reference to Examples.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서 제시되는 유도 전류를 이용한 거리측정 센서가 집적된 시스템을 도시하고 있다. 하부 기판(101)의 소정 위치에는 자석(106,107,108)이 집적되어 있고, 상부 기판(102)에는 상기 자석과 대향하는 위치에 코일(103,104,105)이 집적되어 있다. 세 개의 코일은 기판에서 각각 120도를 이루면서 위치하며, 각각의 코일은 하부 기판에 집적된 각각의 자석과의 거리를 측정하는 센서 역할을 수행한다. 각각의 센서에서 측정된 거리를 바탕으로 두 기판 사이의 거리를 일정하게 유지시킬 수 있다.Figure 1 shows a system incorporating a ranging sensor using induced current, which is presented as a preferred embodiment of the present invention. Magnets 106, 107, and 108 are integrated at predetermined positions of the lower substrate 101, and coils 103, 104, and 105 are integrated at positions opposing the magnets on the upper substrate 102. The three coils are positioned 120 degrees from the substrate, and each coil serves as a sensor for measuring the distance from each magnet integrated in the lower substrate. The distance between the two substrates can be kept constant based on the distance measured at each sensor.

도 2는 유도전류가 발생하는 원리를 도시한 그림이다. 도 2(a)와 같이 영구자석(201)과 코일(202)이 위치한 경우에 코일에는 일정한 자장이 가해지게 된다. 이 때, 자석이 위쪽방향(204)으로 움직이면 코일에는 이를 방해하기 위한 자장을 발생시키게 된다. 따라서 코일에는 아래쪽 방향으로 자장을 발생시키기 위한 유도전류가 발생하게 된다. 이 때, 코일을 통해서 아래쪽 방향으로의 자장을 발생시키기 위해 시계방향(203)으로 유도전류가 발생하게 된다. 도 2(b)는 반대방향(208)으로 자석이 움직이는 경우이다. 영구자석이 아래쪽 방향으로 움직이면 역시 유도전류를 통해서 코일의 아래쪽 방향이 N극이 되도록 자장을 발생시키게 된다. 따라서 코일에는 반시계 방향의 유도전류가 흐르게 된다. 2 is a diagram illustrating the principle of generating an induced current. When the permanent magnet 201 and the coil 202 are located as shown in FIG. 2 (a), a constant magnetic field is applied to the coil. At this time, when the magnet moves in the upward direction 204, the coil generates a magnetic field to obstruct it. Therefore, the induced current is generated in the coil to generate the magnetic field in the downward direction. At this time, an induced current is generated in the clockwise direction 203 to generate a magnetic field in the downward direction through the coil. 2B illustrates a case in which the magnet moves in the opposite direction 208. When the permanent magnet moves downward, the magnetic field is also generated so that the downward direction of the coil becomes N pole through the induction current. Therefore, the induced current in the counterclockwise direction flows to the coil.

도 3은 도 1에 도시한 시스템에서 센서부분인 코일(303)과 자석 부분을 확대한 그림이다. 코일쪽에 자석의 N극(304)이 위치하고 반대편에 S극(305)이 위치한 경우에, 앞에서 설명한 원리대로 두 기판 사이의 거리가 멀어지면 코일에 반시계 방향의 유도전류가 흐르게 되고, 기판 사이의 거리가 가까워지면 코일에 시계 방향 의 전류가 흐르게 된다. 따라서 이 전류를 측정하면 두 기판 사이의 거리를 측정할 수 있게 된다.3 is an enlarged view of a coil 303 and a magnet part, which are sensor parts in the system shown in FIG. 1. In the case where the N pole 304 of the magnet is located on the coil side and the S pole 305 is located on the opposite side, when the distance between the two substrates increases according to the principle described above, a counterclockwise induction current flows in the coil. As the distance approaches, a clockwise current flows through the coil. Therefore, measuring this current allows us to measure the distance between the two substrates.

이를 원자력현미경(AFM) 정보저장 장치에 응용할 경우에는 하부 기판(301)에는 미디어와 스캐너가 집적되고, 상부 기판에는 켄틸레버와 이를 구동하는 구동회로가 집적되어진다. 초기에 상부 기판을 내려서 하부 기판에 접촉시키고 일정한 높이만큼 띄워주면, 이 때, 상부 기판이 하부 기판에서 떨어질 때 코일에 유도전류가 흐르게 되며, 이 유도전류를 적분하면 하부기판으로부터 떨어진 거리를 얻을 수 있다. 이와 같은 연산과정은 얻어진 유도전류의 값으로부터 소프트웨어 또는/및 하드웨어의 조합으로 구성되는 일반적인 연산장치를 통해 당업자라면 용이하게 구현할 수 있으며, 이때 얻어진 정보를 바탕으로 캔틸레버의 위치를 재조정하는 것이 가능해진다.In the case of applying this to an AFM information storage device, a media and a scanner are integrated on the lower substrate 301, and a cantilever and a driving circuit for driving the same are integrated on the upper substrate. Initially, the upper substrate is lowered to contact the lower substrate and floated by a certain height. At this time, an induction current flows in the coil when the upper substrate is dropped from the lower substrate, and when the induction current is integrated, the distance from the lower substrate can be obtained. have. Such a calculation process can be easily implemented by a person skilled in the art through a general computing device composed of a combination of software or / and hardware from the value of the induced current, and it is possible to readjust the position of the cantilever based on the obtained information.

일정한 거리를 띄운 후에 외부의 충격이나 진동에 의해서 두 기판사이의 거리가 변하게 되면, 이 역시 코일에 유도전류를 흐르게 하고 움직인 거리에 반대방향으로 상부 기판을 움직여주면 두 기판 사이의 거리는 일정하게 유지되어질 수 있다. 따라서 켄틸레버 어레이는 미디어와 일정한 간격을 유지하면서 데이터를 읽고 쓰는 동작을 수행할 수 있게 된다.If the distance between the two substrates is changed by external shock or vibration after a certain distance, this also causes an induction current to flow in the coil and moves the upper substrate in the opposite direction to the moved distance. Can be done. Thus, the cantilever array can read and write data while maintaining a constant distance from the media.

이와 같은 원리로 본 발명에서 제안한 위치 센서는 두 기판사이의 거리를 측정할 수 있게 되고, 두 기판은 이를 이용해서 거리를 일정하게 유지시킬 수 있다. In this way, the position sensor proposed in the present invention can measure the distance between two substrates, and the two substrates can maintain the distance by using the same.

본 발명에 의하면 두 기판 사이의 거리가 변할 때 발생하는 유도전류를 이용하는 위치센서에 관한 것으로서, 기판사이의 거리가 급격하게 변할 때 더 큰 전류가 발생하게 되므로 갑작스런 충격에 의해서 두 기판 사이의 거리가 변하게 되었을 때에도 이를 감지할 수 있게 한다. 또한, 코일은 기판상에 쉽게 구현이 가능하다는 장점을 제공한다.The present invention relates to a position sensor using an induction current generated when the distance between two substrates changes, and when the distance between the substrates changes rapidly, a larger current is generated, so that the distance between the two substrates is caused by a sudden impact. It allows you to detect when something changes. In addition, the coil provides the advantage that it can be easily implemented on the substrate.

상기와 같은 위치센서는 충격이나 진동 등에도 높은 민감도(sensitivity)를 가지고 감지해 낼 수 있기 때문에 AFM을 이용한 저장장치뿐만 아니라, 정확한 위치제어를 요하는 미소시스템에 널리 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
Since the position sensor can detect the shock and vibration with high sensitivity, it is expected that the position sensor can be widely used not only for the storage device using the AFM but also for the micro system requiring accurate position control.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

Claims (8)

캔틸레버가 부착된 기판의 소정위치에 집적되며, 정보가 저장되는 매체에 집적되어지는 자석과의 상대적인 움직임에 따라 유도되는 전류를 상기 캔틸레버의 위치측정을 위한 신호로서 제공하는 코일을 포함함을 특징으로 하는 원자력현미경을 이용한 나노정보저장 장치용 위치센서And a coil which is integrated at a predetermined position on the substrate to which the cantilever is attached and provides a current induced as a signal for measuring the position of the cantilever, which is induced by relative movement with a magnet integrated in a medium storing information. Position sensor for nano information storage device using nuclear microscope 제1항에 있어서, 코일은 기판에 적어도 3개가 소정의 위치에 집적되어지는 것을 특징으로 하는 위치센서The position sensor according to claim 1, wherein at least three coils are integrated in a predetermined position on a substrate. 제2항에 있어서, 코일은 기판에 서로 120도의 각도로 위치하는 것을 특징으로 하는 위치센서The position sensor as claimed in claim 2, wherein the coils are positioned at 120 degrees to each other on the substrate. 제1항에 있어서, 정보가 저장되는 매체는 실리콘인 것을 특징으로 하는 위치센서The position sensor according to claim 1, wherein the medium in which the information is stored is silicon. 정보저장매체에 정보를 저장하기 위한 목적으로 사용되며, 말단에 팁이 부착된 캔틸레버를 포함하는 기판을 가지는 나노정보저장 장치용 원자력현미경에 있어서, 캔틸레버가 부착되는 기판은 정보가 저장되는 매체에 집적되어지는 자석과의 상대적인 움직임에 따라 유도되는 전류를 상기 캔틸레버의 위치측정을 위한 신호로 서 제공하는 코일이 소정의 위치에 집적된 기판임을 특징으로 하는 나노정보저장 장치용 원자력현미경In a nuclear microscope for a nanoinformation storage device having a substrate including a cantilever having a tip attached to a tip, the substrate on which the cantilever is attached is integrated in a medium in which information is stored. Nuclear microscope for nano-information storage device, characterized in that the coil which provides the current induced by the relative movement with the magnet as a signal for measuring the position of the cantilever is integrated in a predetermined position 제5항에 있어서, 코일은 기판에 적어도 3개가 소정의 위치에 집적되어지는 것을 특징으로 하는 원자력현미경The nuclear microscope according to claim 5, wherein at least three coils are integrated in a predetermined position on the substrate. 제6항에 있어서, 코일은 기판에 서로 120도의 각도로 위치하는 것을 특징으로 하는 원자력현미경The nuclear microscope according to claim 6, wherein the coils are positioned at 120 degrees to each other on the substrate. 제5항에 있어서, 정보가 저장되는 매체는 실리콘인 것을 특징으로 하는 원자력현미경The nuclear microscope according to claim 5, wherein the medium in which the information is stored is silicon.
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