KR20080106726A - 열팽창에 따른 에러보정이 가능한 나노정보저장장치 - Google Patents

열팽창에 따른 에러보정이 가능한 나노정보저장장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SPM(Scanning Probe Microscopy)의 원리를 이용한 정보 저장장치에 관한 것으로서, 프루브가 있는 헤드와 정보를 기록하는 미디어 사이에 열팽창 계수가 달라, 나노 크기의 정보를 저장할 때 동작 온도에 따라 기록 및 재생시 실패가 발생하는 문제를 해결하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 나노정보저장장치는 상기 데이터 필드는 X방향 및 Y방향으로 적어도 하나 이상의 서브블록으로 배열되고, 상기 X방향으로 배열된 적어도 하나 이상의 서브블록 중 동일한 행에 배치된 서브블록은 각각 하나의 PES필드를 공유하며, 상기 Y방향으로 배열된 적어도 하나 이상의 서브블록 중 동일한 열에 배치된 서브블록은 각각 하나의 타이밍 필드를 공유한다. 본 발명은 SPM의 원리를 이용한 정보저장장치에서 가장 큰 문제라고 생각되는 열팽창 문제를 해결할 수 있는 방법으로 모든 SPM 정보 저장장치에서 필수 적용될 장치이다.
캔틸레버, 서브블록, 열팽창, 나노정보

Description

열팽창에 따른 에러보정이 가능한 나노정보저장장치{Nano storage system}
도 1은 정보저장장치의 재생과정을 나타낸 도면
도 2a 및 도 2b는 열-압전 방식의 정보저장장치의 재생과정을 나타낸 도면
도 3은 나노-데이터-저장-시스템의 개념도
도 4는 캔틸레버를 어레이로 동작시킬 때 시스템 개념도
도 5는 버스트 데이터 비트 영역의 단면도
도 6은 서보필드 및 데이터필드의 평면도
도 7은 PES신호를 제어하는 시스템에 대한 단면도
도 8a는 서보/타이밍 필드의 동작에 따른 데이터 필드의 기록방법
도 8b는 어레이로 구성된 정보저장장치의 블록도
도 9a 및 도 9b는 열팽창에 따른 기록에러과정을 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정보저장장치의 블록도
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 정보저장장치를 이용하여 데이터를 기록하는 과정을 나타낸 도면
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정보저장장치의 블록도
도 13은 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정보저장장치를 이용하여 데 이터를 기록하는 과정을 나타낸 도면
본 발명은 SPM(Scanning Probe Microscopy)의 원리를 이용한 정보 저장장치에 관한 것으로서, 특히 프루브가 있는 헤드와 정보를 기록하는 미디어 사이에 열팽창 계수가 달라, 나노 크기의 정보를 저장할 때 동작 온도에 따라 기록 및 재생시 실패가 발생할 수가 있다. 본 발명은 이러한 문제를 해결할 수 있는 장치에 관한 것이다.
원자현미경 (AFM)은 캔틸레버(cantilever)라 불리는 미소한 막대를 이용하여 표면형상 등을 측정하는 장치이다. 캔틸레버 끝에는 수 nm 크기의 탐침이 형성되어 있으며 이러한 탐침과 시편 사이의 원자력을 측정함으로써 시편의 표면형상, 전기 또는 자기적인 성질 등을 알 수 있다. 최근, 이러한 원자현미경의 원리를 이용한 나노-감광장치(nano-lithography) 또는 나노정보저장장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 원자현미경의 원리를 이용하면 수 nm 크기의 탐침을 이용하여 정보를 저장할 수 있으므로 Tbit/in2 이상의 저장밀도를 갖는 데이터 저장장치를 개발할 수 있다. 이렇게 캔틸레버 탐침을 이용하여 미디어를 변화시켜 기록하는 장치를 "SPM원리를 이용한 정보저장장치"라고 한다. 미디어를 변화시키는 방법에는 IBM방 식과 같이 열을 이용하여 미디어를 기계적으로 변형시켜 기록/재생하는 방식과 PZT와 같은 강유전체의 분극을 변화시키는 방법과 상전이 물질을 이용해서 열 혹은 전기를 이용하여 상(phase)을 변화시켜 그에 따른 저항의 변화를 이용하는 방법, 강자성체 물질을 이용하는 방법 등 다양하게 존재한다.
SPM의 원리를 이용한 정보저장장치 중 대표적인 것으로 IBM에서 개발하고 있는 'Millipede'가 있다. Millipede는 SPM 종류 중의 하나인 원자현미경(AFM, Atomic Force Microscopy)의 원리를 응용하여 PMMA와 같은 폴리머 물질을 기록매체로 사용하였다. IBM의 Millipede는 속도를 향상시키기 위해 이러한 단위 캔틸레버를 2차원적으로 연결하여 64×64개의 캔틸레버를 구성하였다. 이 캔틸레버는 Si 탐침과 탐침 부위에 형성된 resistive heater 그리고 Si 캔틸레버로 구성되어 있으며, 도 1(a) 는 정보저장장치의 재생과정을 나타낸 것이다. 재생과정은 heater platform의 냉각속도가 heater platform과 기록매체 사이의 거리에 따라 변화하는 원리를 이용한다. 도 1(a)에서 보여진 것과 같이 탐침이 오목한 구멍 속으로 들어가서 heater platform과 기록 매체 사이의 거리가 가까워지면 heater platform는 빨리 냉각되나 탐침이 평탄한 면을 지나갈 때에는 heater platform과 기록매체 사이의 거리가 멀어져 천천히 냉각되게 된다. 이러한 냉각속도의 차이로 인하여 heater platform온도가 달라지면 이로 인하여 heater platform의 전기저항의 차이가 야기되므로 이것을 이용하여 정보 (data)를 재생한다. 도 1(b)의 경우는 미디어에 기록되는 원리를 나타낸 것인데, heater platform에 전류가 흘러 온도가 올라 가면 tip의 온도가 올라가고 그러면 이 온도에 의해 미디어가 녹아서 기록되게 된 다. 이러한 IBM의 기록/재생방법을 "Thermo-mechanical" (이하 열-기계)방식이라고 한다.
또 다른 방식으로 'L'사에서 제안한 thermo-piezoelectric 방식(이하 열-압전)이 있다. 이 방식은 기록 방식은 IBM과 같이 히터를 사용하지만, 정보를 재생할 때는 캔틸레버에 집적된 압전 커패시터(PZT 센서(103))를 이용한다. poly-si으로 구성된 히터저항(102)으로 탐침에 열을 가해 미디어에 홈(indentation)을 새겨 기록하고 재생은 홈에 탐침이 들어가면 캔틸레버가 휘게 되고 그러면 캔틸레버에 스트레스 변화가 발생하는데, 이 스트레스 변화를 압전 커패시터는 전기신호로 바꾸어 주는 역할을 한다. 압전 커패시터의 구성은 기본적으로 커패시터구조로 상부 전극과 압전 박막 그리고 하부 전극으로 구성된다. 상부 전극은 CMOS 리드아웃 회로(201)에 연결되고 하부 전극은 접지되어 동작한다.
그 외 전기신호에 의해 저항이 바뀌는 특징을 갖는 일부 산화막(이하 전도성 전이 산화막)과 전도성 전이 폴리머 계열의 미디어와 DVD미디어와같이 열에 의해 상이 변화는 Phase-change material을 미디어로 이용하는 방식이 있고, 또한 PZT와 같은 강유전체 미디어를 이용해서 국부적인 "분극"현상을 이용하거나 HDD처럼 자성체를 이용하여 기록하는 방식 등이 보고되고 있다.
도 3은 나노-데이터-스토리지-시스템의 개념도를 도시한 것이다. CMOS 리드아웃회로가 집적되어 있는 기판에 캔틸레버가 집적되어 있는 구조(이 부분을 헤드, (100) 이라한다)이며, 미디어(200)가 증착되어 있는 마이크로 스캐너가 X-Y 방향으로 움직이면서 캔틸레버의 팁으로 정보를 기록 및 재생한다.
SPM원리를 이용한 정보저장장치의 경우 하나의 캔틸레버만 동작 시켜 정보를 기록 재생할 경우 동작 속도가 매우 느리기 때문에 이 캔틸레버를 64X64혹은 128X128과 같이 2-차원 어레이(array)로 구성하여 병렬로 구동한다.
도 4는 캔틸레버를 어레이로 동작시킬 때 시스템 개념도를 도시한 것이다. 일반적으로 크게 두 영역으로 나눌 수 있는데, 서보신호와 타이밍 클록신호를 발생시키는 "서보/타이밍 필드"와 데이터 정보를 저장하는 "데이터 필드"로 나눈다. 데이터 필드 영역 내에 일부를 서보/타이밍 필드로 사용하는 방식을 임베디드 서보 필드 방식이라고 하고 도 4처럼 데이터 필드와 따로 서보/타이밍 필드를 두는 것을 전용 서보 필드 방식이라고 한다.(Proc. Of the 29th VLDB Conf. 2003, " Nanotechnology-based Approach to Data storage") 여기서 서보/타이밍 필드는 서보 필드와 타이밍 필드로 구성되어 있는데, 서보 필드는 데이터의 위치를 정확하게 찾아가기 위한 PES(positioning Error Signal)를 생성하는 부분이고, 타이밍 필드는 데이터를 재생/기록 혹은 그 밖의 모든 동작을 참조할 클록신호를 생성-복원(recovery)하는 영역이다. 일반적으로 타이밍 필드에는 도 5와 같이 "1"을 연속적으로 기록한 영역이 있는데, 이 영역을 버스트 데이터 비트 영역이라고 한다. 이 영역의 신호를 기준으로 해서 클록 발생기에 의해 클록을 생성-복원하게 된다. 일반적으로 클록 발생기는 PLL(Phase Lock Loop) 장치를 이용한다.
서보 필드의 버스트 비트는 도 6 (a)와 같이 A, B, 2 영역으로 나뉘고, 각각에서 나오는 신호로 PES(I) = (A-B)/(A+B) 신호를 발생시킨다(도 6 (b)). 도 6 (a)는 서보 필드를 간략하게 나타낸 것인데, 이 경우 데이터 비트 피치를 d라고 하면 데이터 비트와 d/2 만큼 어긋나게 각각 A와 B 영역에 비트를 기록한다. 만약 PES 신호가 "0"이 라면 정확하게 데이터 비트의 중심을 통과하게 된다. 그리고 PES(I)신호의 부호에 따라 데이터 비트의 위치에서 위로 치우쳐져 있는지 아래로 치우쳐져 있는지를 판단할 수 있게 된다. 실제 서보 필드는 A,B,C,D의 4 영역으로 구분되어 있는데, 이에 대한 자세한 설명은 "IEEE Trans. on Magnetics Vol. 39, pp. 938-945, 2003"에 잘 나와 있다. 이렇게 재생된 PES(I)신호는 데이터 비트 중앙을 캔틸레버 탐침이 통과할 수 있도록 y축 방향으로 정교하게 제어한다. 이러한 개념도를 도 7 에 나타내었다.
앞서 언급했듯이 SPM원리를 이용한 정보저장장치는 보통 어레이로 구성되어 평행하게 동작을 수행하게 되는데, 그 개념도를 도 8(b)에 나타내었다. 그런데 평행하게 동작할 때 마이크로 스캐너의 미디어와 캔틸레버 어레이를 구성하고 있는 물질의 열팽창 계수가 틀릴 경우, 동작 중 온도가 올라갔을 때 미디어의 열팽창 정도와 캔틸레버 어레이의 열팽창 정도가 다를 수 있다.
주위 온도가
Figure 112007040755169-PAT00001
만큼 증가하면 캔틸레버가 있는 헤드(100)와 미디어(200)에서 열 팽창되는 길이는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
캔틸레버를 포함한 헤드(head, 100)의 열팽창 정도는 다음과 같다.
Figure 112007040755169-PAT00002
같은 방식으로 미디어의 경우
Figure 112007040755169-PAT00003
로 나타난다.
여기서
Figure 112007040755169-PAT00004
와
Figure 112007040755169-PAT00005
는 헤드와 미디어의 열팽창 계수를 나타내고, 각각의 길이는 l이이며 열팽창한 길이는 헤드와 미디어 각각
Figure 112007040755169-PAT00006
,
Figure 112007040755169-PAT00007
이다.
그러므로 온도 증가분
Figure 112007040755169-PAT00008
에서 헤드와 미디어 간에 팽창한 길이의 차이는 다음과 같이 나타난다.
Figure 112007040755169-PAT00009
만약 미디어와 헤드 사이의 열팽창 길이의 차이의 허용치를 라고 한다면, 이값보다
Figure 112007040755169-PAT00011
가 커지면 되면, 이 저장장치는 기록 및 재생을 할 수 없게 되는 것이다.
이러한 열팽창 문제는 X축 뿐 아니라 Y축 양방향으로 나타나는데, 우선x축에서 나타나는 문제는 다음과 같다.
도 8(a)에서와 같이 온도가 T1 일 때 경우와 온도가 상승해서 T2일 때 캔틸레버와 미디어를 도시하였다. 이해를 돕기 위해 한 Row의 어레이 중에서 왼 쪽(Left)을 <L>로 중간(Center) <C>, 오른쪽(Right) <R>의 캔틸레버의 경우를 나타내었다.
온도가 T1일 경우는 캔틸레버 어레이와 미디어 간에 잘 정합되어, 타이밍 필드에서 재생된 데이터 클록으로 왼쪽, 중간, 오른쪽 모두 데이터 비트를 정상적으로 읽히고 있으나,
온도가 T2로 상승했을 때 일반적으로 미디어 쪽에서 열팽창이 캔틸레버 쪽보다 많이 되기 때문에, 이로 인해 타이밍 필드에서 재생된 데이터 클록으로 신호를 재생 혹은 기록하면, 잘못된 위치에서 데이터를 기록하거나 재생할 수 있다. 도 8 (a)은 온도가 T2일 때 중간에서는 l1정도 벗어났으며 오른쪽에서는 l2만큼 벗어나 완전히 잘못된 데이터를 기록 및 재생하게 된다.
이러한 현상은 row쪽(X방향)은 물론이고 column 쪽(Y방향)에서도 같은 현상이 발생한다. Y-방향으로 data의 위치는 PES(Positioning Error System) 신호에 의해 정해진다. 도 9에서는 Y-방향일 때를 나타낸 것이다. 도 8(a)에서는 온도가 T1일 때를 도시한 것인데, PES 신호가 0일 때 각 캔틸레버의 탐침들이 모두 데이터 비트의 중심에 잘 위치해 있어, 정확한 데이터를 기록 및 재생할 수 있게 된다. 그러나 온도가 T2로 상승했을 경우 역시 뒤쪽으로 갈수록 부정합이 발생한다. 도 8 (b)에서 캔틸레버 A가 잘못 기록 및 재생된다.
본 특허는 이러한 열팽창으로 발생하는 캔틸레버 어레이와 미디어간의 부정합 문제를 해결하기 위한 장치에 관한 것이다
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 나노정보저장장치는 상기 데이터 필드는 X방향 및 Y방향으로 적어도 하나 이상의 서브블록으로 배열되고, 상기 X방향으로 배열된 적어도 하나 이상의 서브블록 중 동일한 행에 배치된 서브블록은 각각 하나의 PES필드를 공유하며, 상기 Y방향으로 배열된 적어도 하나 이상의 서브블록 중 동일한 열에 배치된 서브블록은 각각 하나의 타이밍 필드를 공유한다.
본 발명에서 상기 서브블록은 적어도 하나 이상의 캔틸레버를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 X쪽 방향으로의 서브블록 폭은 X쪽 방향으로 열팽창이 일어났을 때, 상기 서브블록에 포함된 캔틸레버 어레이 중에서 동일한 클록을 이용하여 에러 없이 데이터를 기록하고 재생할 수 있는 캔틸레버의 개수일 수 있다.
본 발명에서 상기 서브블록의 폭은 X방향으로 n개의 캔틸레버가 에러 없이 데이터를 기록/재생이 가능하고, 캔틸레버 1개가 맡고 있는 미디어 영역이 m(㎛)인 경우 n X m(㎛)로 정의될 수 있다.
본 발명에서 상기 X방향으로 배열된 서브블록 중 동일한 열의 서브블록은 하나의 PES신호에 의해 제어될 수 있다.
본 발명에서 상기 서브블록에 포함된 캔틸레버 각각은 동일한 타이밍 클록 신호에 의해 제어될 수 있다.
본 발명에서 상기 Y방향으로의 서브블록의 폭은 Y쪽 방향으로 열팽창이 일어났을 때, 상기 서브블록에 포함된 캔틸레버 어레이 중에서 동일한 PES 신호를 이용하여 에러 없이 데이터를 기록하고 재생할 수 있는 캔틸레버의 개수일 수 있다.
본 발명에서 상기 서브블록의 Y방향으로의 폭은 Y방향으로 n개의 캔틸레버가 에러 없이 데이터를 기록/재생이 가능하고, 캔틸레버 1개가 맡고 있는 미디어 영역이 m(㎛)인 경우 n X m(㎛)로 정의될 수 있다.
본 발명에서 상기 Y방향의 서브필드는 동일한 클록 타이밍에 의해 제어될 수 있다.
본 발명에서 나노정보저장장치는 상기 데이터 필드는 X방향 및 Y방향으로 적어도 하나 이상의 서브블록으로 배열되고, 상기 X방향으로 배열된 적어도 하나 이상의 서브블록 중 동일한 행에 배치된 서브블록은 각각 하나의 PES필드를 공유하며, 상기 X방향으로 배열된 하나 이상의 서브블록 중 인접한 서브블록 사이에는 소정의 딜레이가 포함된다.
본 발명에서 상기 딜레이는 시간지연을 위한 딜레이 체인과 데이터의 일시저장을 위한 버퍼를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 딜레이 체인은 적어도 하나 이상의 저항이 직렬로 연결되고, 상기 저항에 적어도 하나 이상의 커패시터가 병렬로 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한 다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서는 열팽창 문제를 해결하기 위해 데이터 필드 영역을 서브블록으로 나눈다. 특정온도 변화에 의해 미디어와 캔틸레버 헤드 사이에 열팽창 길이의 차이는 식 (1)과 같이 나타난다. 여기서 열팽창 길이의 차이가
Figure 112007040755169-PAT00012
허용치
Figure 112007040755169-PAT00013
보다 작으면 문제가 되지 않는다.
Figure 112007040755169-PAT00014
여기서 허용치라 함은 데이터 비트를 캔틸레버 탐침(tip)으로 읽을 때 에러가 나기 않는 범위를 말한다. IBM의 결과(IEEE Trans. on Magnetics, Vol. 40, pp 2531-2536 도 9 참조) 따르면 캔틸레버 탐침이 데이터 비트의 중간에서 4nm 정도 벗어났을 때 Bit Error rate(BER) 이 10배 정도 증가한다. 그러므로 허용치는 BER이 어느 정도 허용되느냐에 따라 결정된다.
여기서
Figure 112007040755169-PAT00015
가 허용치
Figure 112007040755169-PAT00016
보다 작게 설계하는 방법은 3가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 온도 차이를
Figure 112007040755169-PAT00017
를 작게 가져가는 방법이다. 이것은 미디어와 캔틸레버 어레이를 최대한 가까이 가져가서 온도차이를 줄이는 방법이 있을 수 있다. 그러나 캔틸레버 어레이 및 캔틸레버를 지지하고 있는 기판(기판에는 CMOS가 집적되어 있다)과 미디어에 가까이 가져간다면 각 캔틸레버의 탐침이 미디어에 가하는 힘이 커져 팁 마모 혹은 미디어 마모를 일으킬 수 있다.
두 번째 방법은 헤드(100)와 미디어 및 미디어 구동기(Micro-scanner)의 물질을 같게 가져 가는 방법이 있다. 이것은 열팽창 계수를 같게 하는 방법이다. 일반적으로 캔틸레버를 지지하고 있는 CMOS 기판 물질과 Micro-scanner 기술은 모두 반도체의 실리콘 웨이퍼를 이용해서 제조되기 때문에 같은 물질일 수 있으나, 미디어의 경우 다른 물질을 사용하는 것이 일반적이다. 최대한 열팽창 문제를 없애기 위해서 미디어-구동기(Micro-scanner)위의 미디어 두께를 얇게 가져가서 미디어의 영향을 최소화해야 한다.
마지막으로 본 발명에서 제안한 데이터 스토리지 영역을 분할하는 방법이 있다. 이것은 식 (2) 에서
Figure 112007040755169-PAT00018
를 줄이는 방법이다. 우선 이 방법을 적용하기 위해 미디어와 캔틸레버 어레이 영역을 X쪽과 Y쪽 각각
Figure 112007040755169-PAT00019
정도 크기로 영역을 분할한다.
이를 위해서 메인 타이밍 클록을 재생-복구(recovery) 시키는 타이밍 필드와 PES(Positioning Error signal)을 발생시키는 서보 필드를 분리 시킨다.
여기서, 타이밍 필드에서 타이밍 클록을 발생시키는 캔틸레버 및 클록 발생장치와 서보 필드에서 PES 신호를 발생시키는 캔틸래버 및 PES 생성기는 각각 독립적으로 구분되어 있다.
X 방향으로 열팽창 문제를 해결하기 위해, X방향 (Row 방향)을 몇 개의 서브블록으로 나누어 각각 독립적인 클록 신호에 의해 제어된다. 즉, 데이터 필드 영역은 몇 개의 X-서브 블록으로 나누고(도 10) 각 X-서브블록단위로 타이밍 필드(230)와 그에 해당하는 캔틸레버(131) 및 클록 발생기(132)를 각각 독립적으로 둔다.
X-서브블록 영역을 나누는 기준은 이 장치의 허용 동작 온도 최대치(예를 들면 80oC 혹은 110oC)에서 X쪽 방향으로 열팽창이 일어났을 때, 캔틸레버 어레이 중에서 동일한 클록을 이용하여 에러 없이 데이터를 기록하고 재생할 수 있는 캔틸레버 개수가 기준이 된다. 만약 X쪽으로(1 Row에서) n개의 캔틸레버가 에러 없이 데이터를 기록/재생했다고 하고, 캔틸레버 1개가 맡고 있는 미디어 영역이 m(um)라고 한다면, row 방향의 서브볼록 크기는 nXm(um)가 된다. 이 길이는 식 (2)에서
Figure 112007040755169-PAT00020
와 같거나 그보다 작다.
동일한 X-서브블록에 있는 모든 캔틸레버의 모든 동작(Read/Write/Erase)은 동일한 타이밍 클록에 의해 제어된다. (도 10 참조)
도 11은 상기 장치를 이용했을 경우, 그 결과를 나타낸 것이다. 상기 장치의 경우 다수 (도 11에서는 Left, Center, Right로 3개를 예를 들고 있다)의 타이밍 필드과 그에 따른 캔틸레버를 둔 경우인데, 이 경우 각각 독립적인 타이밍 클록을 발생하게 된다. 만약 온도가 T1일 때 캔틸레버와 미디어가 잘 정합되었다고 한다면, 온도가 T2로 올라간다고 하더라도 각각의 서브블록에 해당하는 타이밍 필드는 각 데이터 필드와 같은(유사한) 위치에 있기 때문에 동일한 정도로 팽창된다. 그러므로 서브블록 내의 타이밍 필드에서 발생하는 타이밍 클록 신호는 각 서브블록 내의 데이터와 잘 정합되어 있게 된다.
예를 들어, 온도가 T2로 상승했을 때, Center(<C>)에서는 미디어와 캔틸레버 사이에 차이 (
Figure 112007040755169-PAT00021
)가
Figure 112007040755169-PAT00022
을 차이를 보이지만, 각 <C>에 위치한 타이밍 필드와 데이터 필드 모두
Figure 112007040755169-PAT00023
만큼 동일하게 팽창하기 때문에 <C>의 위치에서 재생되는 클록과 데이터 비트는 도 11에 (b)와 같이 잘 정합된다.
다음으로, Y 방향으로 열팽창 문제를 해결하기 위해, 데이터 필드의 영역은 몇 개의 Y-서브블록으로 나눈다. 서브블록의 영역은 X-서브 블록 영역을 나누는 방식과 동일하다.
이 장치의 허용 동작 온도 최대치(예를 들면 80℃ 혹은 110℃)에서 Y쪽 방향으로 열팽창이 일어났을 때, 캔틸레버 어레이 중에서 동일한 PES신호를 이용하여 에러없이 데이터를 기록하고 재생할 수 있는 캔틸레버 개수가 기준이 된다. 만약 Y쪽으로(1 column에서) n개의 캔틸레버가 에러없이 데이터를 기록/재생했다고 하고, 캔틸레버 1개가 맡고 있는 미디어 영역이 m(um)라고 한다면, column방향(Y-방향)의 서브블록 크기는 nXm(um)가 된다.
동일한 Y-서브블록에 있는 캔틸레버의 모든 동작은 동일한 PES신호에 의해 제어된다.(도 10 참조)
만약 여러 개의 캔틸레버를 동시에(평행하게) 재생/기록/삭제할 때, 동시에 구동되는 캔틸레버는 반드시 동일한 Y-서브블록에 속해 있어야 한다.
열팽창 문제를 해결하는 또 다른 방법은 클록신호를 부분적으로 딜레이 시키는 방법이 있다.
이 방법은 앞의 발명과 같이 몇 개의 Y-서브블록으로 나누어 PES 신호를 각 Y-서브블록단위로 따로 컨트롤하지만, X-서브블록은 기존의 방법과 같이 서브블록으로 나누지 않고 전체 캔틸레버에 동일한 타이밍 클록을 적용할 수 있다.
이 경우 X-쪽으로 열팽창 문제를 해결하기 위해, 타이밍 클록을 각 영역에서 시간 딜레이를 두어 적절한 시간에 캔틸레버 재생/기록/삭제될 수 있게 한다. (도 12 참조)이 딜레이는 온도 증가에 따라 딜레이 타임이 증가하도록 적절하게 설정한다. 이 방법의 경우 시스템을 간단하게 구성할 수 있다는 장점이 있다.
상기 딜레이는 저항과 커패시터구성된 딜레이 체인(123-1)과 버퍼(123-2)로 구성되며, 저항은 온도에 따라 저항이 증가하는 물질로 구성된다.
도 13의 경우 상기 도 12의 장치를 활용했을 때 결과를 도시한 것이다. 온도가 T2로 상승하여 미디어에서 열팽창이 일어나 Center에서는
Figure 112007040755169-PAT00024
만큼, 제일 오른쪽(Right)에서는
Figure 112007040755169-PAT00025
만큼 확장되었다고 할 때 기존에 타이밍 클록을 이용하면 앞서와 같이 부정합이 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 적절하게 클록을 딜레이를 주면 해결될 수 있다. (도 13 (b))
만약 미디어를 탑재한 마이크로-스캐너의 움직이는 주파수가 10(Hz)라고 하고, 미디어의 크기가 100um라고 한다면, 캔틸레버의 속도는 2mm/s(=200um X 10 (Hz))가 된다. 그러므로
Figure 112007040755169-PAT00026
만큼의 길이에 해당하는 시간은
Figure 112007040755169-PAT00027
은
Figure 112007040755169-PAT00028
/(2mm/s)가 된다. 만약
Figure 112007040755169-PAT00029
=4nm라고 한다면,
Figure 112007040755169-PAT00030
은 2usec에 해당한다. 아무튼
Figure 112007040755169-PAT00031
의 시간만큼 타이밍 클록을 딜레이시키면 열팽창이 일어나더라도 이 타이밍 클록에서 에러 없이 데이터를 재생/기록/삭제를 할 수 있다.
상기와 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.
상술한 바와 같이 본 발명은 SPM의 원리를 이용한 정보저장장치에서 가장 큰 문제라고 생각되는 열팽창 문제를 해결할 수 있는 방법으로 모든 SPM 정보 저장장치에서 필수 적용될 장치로 판단된다.

Claims (14)

  1. 서보/타이밍 필드와, 데이터 필드를 포함하는 나노정보저장장치에 있어서,
    상기 데이터 필드는 X방향 및 Y방향으로 적어도 하나 이상의 서브블록으로 배열되고,
    상기 X방향으로 배열된 적어도 하나 이상의 서브블록 중 동일한 행에 배치된 서브블록은 각각 하나의 PES필드를 공유하며,
    상기 Y방향으로 배열된 적어도 하나 이상의 서브블록 중 동일한 열에 배치된 서브블록은 각각 하나의 타이밍 필드를 공유하는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서브블록은 적어도 하나 이상의 캔틸레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 X쪽 방향으로의 서브블록 폭은 X쪽 방향으로 열팽창이 일어났을 때, 상기 서브블록에 포함된 캔틸레버 어레이 중에서 동일한 클록을 이용하여 에러 없이 데이터를 기록하고 재생할 수 있는 캔틸레버의 개수인 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 서브블록의 폭은 X방향으로 n개의 캔틸레버가 에러 없이 데이터를 기록/재생이 가능하고, 캔틸레버 1개가 맡고 있는 미디어 영역이 m(㎛)인 경우 n X m(㎛)로 정의되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 X방향으로 배열된 서브블록 중 동일한 열의 서브블록은 하나의 PES신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 서브블록에 포함된 캔틸레버 각각은 동일한 타이밍 클록 신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 Y방향으로의 서브블록의 폭은 Y쪽 방향으로 열팽창이 일어났을 때, 상기 서브블록에 포함된 캔틸레버 어레이 중에서 동일한 PES 신호를 이용하여 에러 없이 데이터를 기록하고 재생할 수 있는 캔틸레버의 개수인 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 서브블록의 Y방향으로의 폭은 Y방향으로 n개의 캔틸레버가 에러 없이 데이터를 기록/재생이 가능하고, 캔틸레버 1개가 맡고 있는 미디어 영역이 m(㎛)인 경우 n X m(㎛)로 정의되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  9. 제 7항 또는 8항에 있어서,
    상기 Y방향의 서브필드는 동일한 클록 타이밍에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  10. 서보/타이밍 필드와, 데이터 필드를 포함하는 나노정보저장장치에 있어서,
    상기 데이터 필드는 X방향 및 Y방향으로 적어도 하나 이상의 서브블록으로 배열되고,
    상기 X방향으로 배열된 적어도 하나 이상의 서브블록 중 동일한 행에 배치된 서브블록은 각각 하나의 PES필드를 공유하며,
    상기 X방향으로 배열된 하나 이상의 서브블록 중 인접한 서브블록 사이에는 소정의 딜레이가 포함되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 딜레이는 시간지연을 위한 딜레이 체인과 데이터의 일시저장을 위한 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 딜레이 체인은 적어도 하나 이상의 저항이 직렬로 연결되고, 상기 저항에 적어도 하나 이상의 커패시터가 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 서브블록은 동일한 타이밍 클록 신호에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 X방향으로 배열된 서브블록 중 동일한 열의 서브블록은 하나의 PES신호에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 나노정보저장장치.
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