KR20090035873A - 전계 재생/기록 헤드 및 그를 포함한 정보 저장 장치 - Google Patents

Abstract

전계 헤드 및 그를 포함한 정보 저장 장치에 대해 개시되어 있다. 개시된 본 발명의 전계 헤드는, 베이스기판, 상기 베이스기판 상에 형성된 절연층, 및 상기 절연층 상에 형성된 것으로, 소오스와 드레인 및 그들 사이의 채널을 구비하는 저항 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전계 재생/기록 헤드 및 그를 포함한 정보 저장 장치{Electric field read/write head and information storage device comprising the same}

본 발명은 재생/기록 헤드 및 정보 저장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전계 재생/기록 헤드 및 그를 포함하는 정보 저장 장치에 관한 것이다.

컴퓨터의 주 저장 장치로 주로 사용되는 HDD(Hard disk drive)는 데이터 기록 매체를 회전시키면서 그 위에 재생/기록(read/write) 헤드를 부상시켜 정보를 읽고 쓰는 장치이다. 이러한 HDD에서는 일반적으로 자기 기록 방식이 사용된다. 즉, HDD에서는 자기장을 이용해서 자성 기록 매체 내에 제1 방향 및 그의 역방향(이하, 제2 방향이라 함)으로 자화된 다수의 자기 도메인(magnetic domain)을 만들고, 상기 제1 및 제2 방향으로 자화된 자기 도메인을 데이터 '0' 및 '1'에 대응시킨다.

이러한 자기 기록 방식이 사용되는 HDD의 기록 밀도는 최근 수십 년간 급격하게 증가하여 왔다. 수평 자기 기록 방식의 HDD의 경우 100Gb/in² 정도의 기록 밀도를 얻을 수 있고, 수직 자기 기록 방식의 HDD의 경우 최대 500Gb/in² 정도의 기록 밀도를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

그러나, 자기장은 기본적으로 루프(loop) 모양을 갖기 때문에 자기 기록 방식의 재생/기록 헤드(자성 재생/기록 헤드)로는 강한 국부 자기장을 생성하기 어렵다. 이러한 기본적인 제약으로 인해 자기 기록 방식으로는 기록 밀도를 높이는데 한계가 있다.

그러므로, 전통적으로 자기 기록 방식을 채택해온 HDD의 기록 밀도를 높이기 위해서는 근본적으로 기록 방식의 변경이 고려되어야 한다.

한편, 최근 자기장이 아닌 전계에 의해 데이터가 기록되는 강유전성 기록 매체 및 그의 재생/기록 헤드(전계 재생/기록 헤드)에 대한 연구가 이루어지고 있다. 전계 기록 방식은 전계를 이용해서 강유전체 표면에 제1 방향 및 그의 역방향(이하, 제2 방향이라 함)으로 분극된 전기 도메인(electric domain)들을 형성하고, 상기 제1 및 제2 방향으로 분극된 전기 도메인을 데이터 '0' 및 '1'에 각각 대응시키는 방식이다. 전기 도메인의 분극 방향에 따라 그 위에 위치되는 전계 재생/기록 헤드의 저항이 달라지므로 전기 도메인에 쓰여진 정보가 판별될 수 있다.

이러한 전계 기록 방식을 위한 전계 재생/기록 헤드로는 전계 효과 트랜지스터 채널(field effect transistor channel) 구조를 가지는 스캐닝 프로브(scanning probe), 저항성 팁(resistive tip)을 구비한 스캐닝 프로브 등이 있다. 이러한 스캐닝 프로브가 사용되는 SPM(scanning probe microscope) 기술을 이용하면, 자기 기록 방식에서 보다 강하고 국부적인 에너지(전계)의 발생이 가능하므로 기록 밀도 를 1Tb/in² 이상으로 높일 수 있다.

그러나, 상기 SPM에 기반을 둔 전계 기록 방식은 첨예한 프로브와 기록 매체간 접촉면에서의 마찰 및 마모와 관련된 문제가 있다. 또한, 프로브형 헤드를 사용하여 소형 대용량의 정보 저장 장치를 구현하기 위해서는 수천 개의 프로브 어레이(probe array)를 만들어주어야 하고, 기록 매체를 선형 운동시켜 수천 개의 프로브가 기록 매체 위를 정밀하게 움직이도록 해야 한다. 그리고, 이 경우 쓰기 동작시 각각의 프로브에 독립적으로 신호를 인가해야하고, 읽기 동작시 역시 각각의 프로브에서 나오는 신호를 독립적으로 처리해주어야 한다. 이와 같은 문제와 제약 요소들로 인해 상기 SPM에 기반을 둔 전계 기록 방식으로 소형 대용량의 정보 저장 장치를 구현하는 것은 현실적으로 어렵다.

그러므로, 프로브 사용에 따른 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 재생/기록 헤드가 사용되고, 아울러 보다 안정적이고 신뢰할 수 있는 구동 메카니즘이 적용된 전계 기록 방식에 의한 정보 저장 장치가 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 1Tb/in² 이상의 높은 기록 밀도를 구현할 수 있고, 안정적으로 구동될 수 있는 전계 재생/기록 헤드를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 상기 전계 재생/기록 헤드를 포함하고, 안정적인 구동 시스템을 갖는 정보 저장 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예는 베이스기판; 상기 베이스기판 상에 형성된 절연층 ; 및 상기 절연층 상에 형성된 것으로, 소오스와 드레인 및 그들 사이의 채널을 구비하는 저항 센서;를 포함하는 전계 헤드를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예는 강유전성 기록층을 갖는 기록 매체와 전계 헤드를 구비한 정보 저장 장치에 있어서, 상기 전계 헤드는, 베이스기판; 상기 베이스기판 상에 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상에 구비된 것으로, 소오스와 드레인 및 그들 사이의 채널을 구비하는 저항 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치를 제공한다.

상기 절연층 상에 반도체층이 구비되고, 상기 반도체층 내에 상기 소오스, 상기 드레인 및 상기 채널이 구비될 수 있다.

상기 반도체층의 두께는 10∼100㎚일 수 있다.

상기 절연층의 두께는 10∼200㎚일 수 있다.

상기 베이스기판은 전기장 차폐층일 수 있다.

상기 채널 상에 다른 절연층 및 쓰기전극이 차례로 더 구비될 수 있다.

상기 전계 헤드의 일측면에 기록 매체와 대향하는 ABS(air bearing surface) 패턴층이 더 구비될 수 있다.

상기 기록 매체는 회전 운동하는 디스크 타입일 수 있고, 상기 전계 헤드는 상기 기록 매체 표면으로부터 부상하여 회동하는 헤드일 수 있다.

본 발명은 HDD의 구동 시스템에 전계 기록 방식을 적용함으로써, 시스템 개발에 대한 부담 없이 안정적으로 구동되면서도 1Tb/in² 이상의 높은 기록 밀도를 갖는 정보 저장 장치를 구현할 수 있다.

특히 본 발명에서는 SOI 기판에 저항 센서를 형성하므로, 매우 얇은 채널을 용이하게 구현할 수 있고, 상기 저항 센서의 양측에 전기장 차폐층을 용이하게 구비시킬 수 있기 때문에, 상기 저항 센서의 분해능(resolution)을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 전계 헤드에서는 채널 아래에 구비되는 절연층이 DIBL(drain induced barrier lowering) 효과를 억제하는 역할을 하기 때문에, 저항 센서의 감도(sensitivity)를 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드와 그의 제조방법 및 전계 재생/기록 헤드를 포함하는 정보 저장 장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 그리고 첨부된 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 순차로 적층된 제1 반도체층(1), 제1 절연층(3) 및 제2 반도체층(5)을 포함하는 기판(10)이 존재한다. 기판(10)은 SOI(Silicon on Insulator) 기판일 수 있다. 상기 제1 절연층(3)의 두께는 200㎚ 이하, 바람직하게는 10∼60㎚일 수 있고, 제2 반도체층(5)의 두께는 100㎚ 이하, 바람직하게는 10∼100㎚일 수 있다. 기판(10)은 서로 수직한 제1면(F1)과 제2면(F2)을 갖는다. 제1면(F1)은 기록 매체와 대향하는 면이고, 제2면(F2)은 기판(10)의 상면이다.

제2 반도체층(5) 내에 소오스(S1), 드레인(D2) 및 채널(C1)이 구비되어 있다. 소오스(S1), 드레인(D2) 및 채널(C1)의 형태에 대해서는 후술한다.

제2 반도체층(5) 상에 순차로 적층된 제2 절연층(20) 및 쓰기전극(30)을 포함하는 적층패턴(SP1)이 구비되어 있다. 적층패턴(SP1)은 제2면(F2)의 Y축 방향에 따른 일단에서 타단으로 연장되면서 확장된 형태를 가질 수 있다. 여기서, 제2면(F2)의 상기 일단은 제1면(F1)과 접한 부분이다. 도 1과, 적층패턴(SP1)의 평면도인 도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 적층패턴(SP1)은 직렬로 연결된 제1 내지 제3 부분(P1∼P3)으로 구성될 수 있다. 제1 부분(P1)은 제1면(F1)과 인접 하고, 좁은 폭을 가질 수 있다. 제2 부분(P2)의 폭은 제1 부분(P1)에서 제3 부분(P3)으로 갈수록 점차 넓어질 수 있다. 제3 부분(P3)은 제1 부분(P1)보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 제1 부분(P1)과 접합하는 제2 부분(P2)의 폭은 제1 부분(P1)의 폭과 같을 수 있고, 제3 부분(P3)과 접합하는 제2 부분(P2)의 폭은 제3 부분(P3)의 폭과 같을 수 있다. 적층패턴(SP1)의 구조는 이에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다.

소오스(S1), 드레인(D2) 및 채널(C1)의 모양은 적층패턴(SP1)의 구조와 연관될 수 있다. 채널(C1)은 적층패턴(SP1)의 제1 부분(P1) 아래에 구비될 수 있고, 소오스(S1) 및 드레인(D1)은 적층패턴(SP1) 양측의 제2 반도체층(5) 내에 각각 구비될 수 있다. 도 3은 소오스(S1), 드레인(D2) 및 채널(C1)의 평면 구조를 보여준다. 소오스(S1), 드레인(D2) 및 채널(C1)의 형태는 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 소오스(S1) 및 드레인(D1)은 적층패턴(SP1) 일부의 양측에 구비될 수 있다.

소오스(S1), 드레인(D1) 및 채널(C1)은 기록 매체에 기록된 정보를 읽기 위한 저항 센서를 구성한다. 소오스(S1) 및 드레인(D1)은 제1 도전형 불순물이 고농도로 도핑된 영역일 수 있고, 채널(C1)은 제1 또는 제2 도전형 불순물이 저농도로 도핑된 영역일 수 있다. 즉, 소오스(S1), 채널(C1) 및 드레인(D1)은 각각 n+, n- 및 n+ 영역이거나, n+, p- 및 n+ 영역이거나, p+, p- 및 p+ 영역이거나, p+, n- 및 p+ 영역일 수 있다. 바람직하게는, 소오스(S1), 채널(C1) 및 드레인(D1)은 각각 n+, n- 및 n+ 영역이다. 채널(C1)과 인접한 기록 매체의 표면 전하에 따라 채널(C1)의 전기 저항이 달라지고, 소오스(S1)와 드레인(D1) 사이의 전류의 크기가 달라진다.

다시 도 1을 참조하면, 기판(10)의 상기 기록 매체와 대항하는 면, 즉, 제1면(F1) 상에 공기 베어링 면(air bearing surface)(이하, ABS) 패턴층(40)이 구비될 수 있다. ABS 패턴층(40)은 그것을 포함한 전계 재생/기록 헤드(100)가 기록 매체의 표면으로부터 부상할 수 있도록 작용한다. 도시하지는 않았지만, 소오스(S1), 드레인(D1) 및 쓰기전극(30)과 각각 접하는 콘택전극들이 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)에서 소오스(S1), 드레인(D2) 및 채널(C1)의 두께는 제2 반도체층(5)의 두께에 의해 한정될 수 있다. 다시 말해, 제2 반도체층(5)의 두께를 조절함으로써, 소오스(S1), 드레인(D2) 및 채널(C1)의 두께를 용이하게 제어할 수 있다. 예컨대, 소오스(S1), 드레인(D2) 및 채널(C1)의 두께는 100㎚ 이내에서 용이하게 제어될 수 있다.

만약, SOI 기판(10) 대신에 벌크 Si 기판을 사용하는 경우, 채널의 두께를 얇게 제어하기 어렵다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 벌크 Si 기판(10')에 소오스(S2), 드레인(D2) 및 채널(C2)로 구성된 저항 센서를 구비시키는 경우, 이온 주입 공정의 조건에 의해 채널(C2)의 두께가 제어되는데, 이 경우, 채널(C2)의 두께를 얇게 제어하기 어렵다. 채널의 두께가 얇을수록 헤드 이동 방향, 즉 트랙 방향(트랙과 평행한 방향)에 따른 저항 센서의 분해능(resolution)이 좋아진다는 점을 고려하면, 벌크 Si 기판을 이용하는 경우, 분해능이 우수한 저항 센서를 구현하기 어렵다. 또한 동일한 벌크 Si 기판에 다수의 저항 센서를 구비시키는 경우, 지역에 따라 채널의 두께가 달라질 가능성이 크므로, 저항 센서들의 특성을 균일하게 제어하기 힘들다.

반면 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)에서는 제2 반도체층(5) 아래에 차단층이자 분리층인 제1 절연층(3)이 존재하기 때문에, 이온 주입 공정의 조건에 상관없이 채널(C1)의 두께는 제2 반도체층(5)의 두께에 의해 한정될 수 있다. 또 하나의 SOI 기판에 여러 개의 저항 센서를 형성하는 경우, 저항 센서들의 채널 두께는 모두 동일할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)의 분해능이 우수하고, 재현성 있게 제조될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)에서 제1 반도체층(1)과 쓰기전극(30)이 헤드 이동 방향에 따른 저항 센서의 양측에 구비되어 있으므로, 상기 저항 센서의 분해능이 더욱 향상될 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 제1 반도체층(1)은 도전성 반도체층일 수 있고, 쓰기전극(30)은 금속층 또는 도전성 반도체층일 수 있는데, 이러한 제1 반도체층(1)과 쓰기전극(30)은 읽기 동작시 간섭 전기장을 차단하는 차폐층(shield layer)으로 작용할 수 있다. 다시 말해, 상기 저항 센서를 이용해서 기록 매체의 제1 비트영역에 기록된 정보를 읽을 때, 제1 반도체층(1)과 쓰기전극(30)이 접지되어 있으면, 접지된 제1 반도체층(1)과 쓰기전극(30)은 상기 제1 비트영역이 아닌 그와 인접한 영역에서 발생된 간섭 전기장을 차단하는 차폐층으로 작용할 수 있다. 상기 간섭 전기장이 제1 반도체층(1)과 쓰기전극(30)을 통해서 그들과 연결된 접지선으로 빠져나가는 것이다. 따라서 제1 반도체층(1)과 쓰기전극(30)에 의해 상기 저항 센서의 분해능이 더욱 향상될 수 있다.

부가해서, 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)에서는 제1 절연층(3)이 DIBL(drain induced barrier lowering) 효과를 억제하는 역할을 하기 때문에, 저항 센서의 감도를 높일 수 있다. 반면, 벌크 Si 기판에 저항 센서를 형성할 경우 DIBL 효과로 인해, 저항 센서의 감도가 떨어지는 문제가 발생한다. 이 문제는 채널의 길이가 짧아짐에 따라 더 심각해진다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드를 이용한 제1 시뮬레이션 결과로서, 외부 전기장에 따른 드레인 전류(Id)의 변화를 보여준다. 도 5는 상기 외부 전기장을 유발하는 단위체(30㎚×30㎚×30㎚)를 도 1의 a 지점에서 a' 지점으로 이동시키면서 전계 재생/기록 헤드(100)의 드레인 전류(Id)를 측정한 결과이다. 상기 제1 시뮬레이션에서 상기 단위체는 전계 재생/기록 헤드(100)의 채널(C1) 위쪽(Y축 방향에 따른 위쪽)을 지나가는데, 채널(C1)과 상기 단위체 사이의 최단 거리는 10nm 정도였다. 상기 제1 시뮬레이션에서 소오스(S1), 채널(C1) 및 드레인(D1)은 각각 n+, n- 및 n+ 이었다. 이러한 제1 시뮬레이션은 도 1의 ABS 패턴층(40) 없이 수행할 수 있다.

도 5에서 제1 그래프(G1)는 상기 단위체에 +2V의 전압을 인가한 경우에 대응하는 결과이고, 제2 그래프(G2)는 상기 단위체에 -1V의 전압을 인가한 경우에 대응하는 결과이다. 그리고 가로축은 상기 단위체의 위치를 나타내는데, 가로축의 영(0)점은 상기 단위체의 중심과 채널(C1)의 중심이 일치할 때, 상기 단위체의 위치에 대응된다. 상기 단위체가 도 1의 a 지점에서 a' 지점으로 갈수록 가로축의 값은 커진다.

도 5를 참조하면, 상기 단위체가 채널(C1)에 가까워짐에 따라 드레인 전류(Id)가 눈에 띄게 변화된다. 또한 제1 그래프(G1)는 위로 볼록한 모양이고, 제2 그래프(G2)는 아래로 볼록한 모양이며, 제1 및 제2 그래프(G1, G2)의 반치전폭(full width half maximum)(FWHM)은 각각 40㎚ 및 60㎚ 정도이다.

도 6은 서로 다른 네 가지 샘플(전계 재생/기록 헤드)에 대한 제2 시뮬레이션 결과로서, 전계 재생/기록 헤드의 종류별 드레인 전류(Id) 변화 곡선, 즉, 프로파일(profile)의 반치전폭(full width half maximum)(FWHM)을 보여준다. 상기 제2 시뮬레이션은 상기 제1 시뮬레이션과 유사하지만, 상기 제2 시뮬레이션에서 사용한 단위체에는 +1V의 전압을 인가하였다. 한편 상기 제2 시뮬레이션에서 '비교샘플'은 벌크 Si 기판에 형성한 전계 재생/기록 헤드이고, '샘플1' 내지 '샘플3'은 도 1과 같은 본 발명의 전계 재생/기록 헤드(100)이다. 상기 '샘플1' 내지 '샘플3'의 차이는 제2 반도체층(5)의 두께에 있다. '샘플1', '샘플2' 및 '샘플3'에서 제2 반도체층(5)의 두께는 각각 70㎚, 50㎚ 및 30㎚이었다.

도 6을 참조하면, 상기 '비교샘플'의 반치전폭이 상기 '샘플1' 내지 '샘플3'의 반치전폭보다 훨씬 큰 것을 알 수 있다. 반치전폭이 작을수록 분해능이 우수하므로, 도 6의 결과로부터, SOI 기판에 형성한 본 발명의 전계 재생/기록 헤드의 분해능이 벌크 Si 기판에 형성한 전계 재생/기록 헤드의 분해능보다 월등히 우수하다는 것을 알 수 있다.

도 7은 도 1의 전계 재생/기록 헤드(100)의 제1 절연층(3)의 두께에 따른 감도(sensitivity)의 변화를 보여주는 그래프이다. 여기서, ΔId는 기록 매체의 표면 전하가 양(+)인 경우의 드레인 전류(Id')와 표면전하가 음(-)인 경우의 드레인 전류(Id")의 차이를 나타낸다. 그리고 Id(Vg=0)는 기록 매체가 극성을 갖지 않는 경우 드레인 전류이다. 그러므로, 감도(%)는 [ΔId/Id(Vg=0)]×100이다.

도 7을 참조하면, 제1 절연층(3)의 두께가 0인 경우, 즉, 제1 절연층(3)이 없는 경우, 다시 말해, 벌크 Si 기판에 전계 재생/기록 헤드를 구성한 경우, 감도는 5% 정도로 낮다. 반면, 제1 절연층(3)의 두께가 10㎚ 정도인 경우, 감도는 85% 정도로 매우 높다. 제1 절연층(3)의 두께가 10㎚에서 150㎚까지 증가함에 따라 감도는 85%에서 40% 정도까지 점차 감소한다. 제1 절연층(3)의 두께가 150㎚인 경우에도, 제1 절연층(3)이 없는 경우보다는 훨씬 큰 감도를 갖는다.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드의 제조방법을 보여준다.

도 8a를 참조하면, 순차로 적층된 제1 반도체층(1), 제1 절연층(3) 및 제2 반도체층(5)을 포함하는 기판(10)을 마련한다. 기판(10)은 SOI 기판일 수 있다.

제2 반도체층(5) 상에 마스크층(M1)을 형성한다. 마스크층(M1)은 제2 반도체층(5) 상면의 Y축 방향에 따른 일단을 노출시킬 수 있다. 제2 반도체층(5)의 상기 일단의 X축 방향에 따른 중앙부는 채널이 형성될 영역, 즉, 채널 예정영역일 수 있다.

도 8b를 참조하면, 마스크층(M1)을 이온 주입 마스크로 이용해서 제2 반도체층(5)의 노출된 부분에 n형 또는 p형 불순물 이온을 저농도로 도핑하여, 저농도 도핑영역(LD1)을 형성한다.

마스크층(M1)을 제거한 후, 도 8c에 도시된 바와 같이, 제2 반도체층(5) 상에 적층패턴(SP1)을 형성한다. 적층패턴(SP1)은 제2 절연층(20)과 쓰기전극(30)이 차례로 적층된 구조일 수 있고, Y축 방향에 따른 제2 반도체층(5)의 일단에서 타단으로 연장되면서 확장된 형태, 예컨대, 도 1의 적층패턴(SP1)과 동일한 형태를 가질 수 있다.

도 8d를 참조하면, 적층패턴(SP1) 양측의 제2 반도체층(5) 내에 n형 또는 p형 불순물 이온을 고농도로 주입하여, 소오스(S1) 및 드레인(D1)을 형성한다. 소오스(S1)와 드레인(D1) 사이의 저농도 도핑영역(LD1)은 채널(C1)이 된다. 소오스(S1), 드레인(D1) 및 채널(C1)은 기록 매체에 기록된 정보를 읽기 위한 저항 센서를 구성한다.

도 8e를 참조하면, 기판(10)의 기록 매체와 대향하는 면, 즉, 제1면(F1) 상에 ABS 패턴층(40)을 형성한다. 도시하지는 않았지만, ABS 패턴층(40)을 형성하기 전, 소오스(S1), 드레인(D1) 및 쓰기전극(30)과 각각 접하는 콘택전극들이 형성할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 제1 반도체층(1)과 쓰기전극(30)이 헤드 이동 방향에 따른 상기 저항 센서의 양측에 존재한다. 제1 반도체층(1)과 쓰기전극(30)은 읽기 동작시 접지되어 간섭 전기장을 차단하는 차폐층으로 작용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 SOI 기판(10)을 이용하기 때문에, 저항 센서용 차폐층을 용이하게 형성할 수 있다. 만약, 벌크 Si 기판을 사용하는 경우, 두 개의 차폐층 중 하나를 기판 내에 구비시켜야 하는데, 이는 실현하기 어렵다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 벌크 Si 기판(10')에 소오스(S2), 드레인(D2) 및 채널(C2)로 구성된 저항 센서를 구비시키는 경우, 상기 저항 센서용 차폐층은 채널(C2)의 위 및 아래에 구비되어야 한다. 그런데 채널(C2) 아래의 기판(10') 내에 차폐층을 형성하는 공정은 실현하기 어렵다.

한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)를 SOI 웨이퍼(wafer)로부터 제조하는 공정을 간략히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)의 제조방법은, SOI 웨이퍼에 소오스(S1), 드레인(D1), 채널(C1), 제2 절연막(20) 및 쓰기전극(30)을 적어도 한 세트 이상 형성하는 제1 단계; 상기 세트들을 몇 개의 그룹으로 묶어 유닛(unit) 단위로 분리되도록 상기 SOI 웨이퍼를 절단하는 제2 단계; 상기 유닛의 일측면 상에 복수의 ABS 패턴층을 형성하는 제3 단계; 상기 유닛을 각각의 전계 재생/기록 헤드로 분리하는 제4 단계;를 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드(100)를 포함하는 정보 저장 장치의 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 정보 저장 장치는 강유전체로 이루어진 기록층을 갖는 기록 매체(500)와, 기록 매체(500)에 정보를 기록하고 기록 매체(500)로부터 정보를 재생하는 전계 재생/기록 헤드(100)를 구비한다. 여기서, 상기 전계 재생/기록 헤드(100)는 도 1의 전계 재생/기록 헤드(100)와 동일하므로 그에 대한 설명은 반복하지 않는다.

본 발명의 정보 저장 장치에서 기록 매체(500)는 회전 운동하는 디스크 타입 으로서 그 하부에 접지된 하부전극(미도시)이 구비된다. 그리고, 전계 재생/기록 헤드(100)는 스윙암(swing arm)(300)의 끝단의 서스펜션(suspension)(200)에 부착된 상태로 기록 매체(500) 표면으로부터 부상하여 회동한다. 미설명된 도면부호 400은 스윙암(300)을 회동시키는 VCM(voice coil motor)을 나타낸다. 이러한 본 발명의 정보 저장 장치의 구동 시스템은 종래 HDD의 그것과 유사하다.

본 발명의 정보 저장 장치의 재생 및 기록 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.

< 재생 원리 >

전계 재생/기록 헤드(100)의 소오스(S1) 및 드레인(D1)이 n+ 영역이고, 채널(C1)이 n- 영역인 경우, 채널(C1)이 위치하는 기록 매체(500)의 표면전하가 음(-)이면, 채널(C1)의 전자(electron) 밀도가 감소하여 채널(C1)의 저항 값은 커지고 소오스(S1)과 드레인(D1)간 전류는 감소하게 된다. 반대로, 상기 채널(C1)이 위치하는 기록 매체(500)의 표면전하가 양(+)이면, 채널(C1)의 전자 밀도가 증가하여 채널(C1)의 저항 값은 작아지고 소오스(S1)과 드레인(D1)간 전류는 증가하게 된다. 이러한 저항 및 전류의 변화를 검출함으로써 기록 매체(500) 표면에 기록된 정보를 판별할 수 있다.

< 기록 원리 >

전계 재생/기록 헤드(100)의 쓰기전극(30)에 임계 전압 이상의 양(+)의 전압을 인가하면, 기록 매체(500) 하부에 배치된 하부전극은 OV이므로 기록 매체(500)의 표면은 음(-)극화 된다. 반대로, 전계 재생/기록 헤드(100)의 쓰기전극(30)에 임계 전압 이하의 음(-)의 전압을 인가하면, 기록 매체(500) 하부에 배치된 하부전극은 OV이므로 기록 매체(500)의 표면은 양(+)극화 된다. 이와 같이 상기 쓰기전극(30)에 인가되는 전압의 크기에 따라 강유전성 기록 매체(500)의 전기 도메인(electric domain)의 분극 방향이 달라지고, 그에 따라 정보가 기록될 수 있다.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1의 적층패턴(SP1), 소오스(S1), 드레인(D1) 및 채널(C1)의 구조를 다양하게 변경할 수 있을 것이다. 또한 쓰기전극(30)을 사용하지 않고, 본 발명의 헤드를 재생 전용 헤드로 사용할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드를 보여주는 사시도이다.

도 2는 도 1의 적층패턴을 보여주는 평면도이다.

도 3은 도 1의 소오스, 드레인 및 채널을 보여주는 평면도이다.

도 4는 본 발명의 실시예와 비교되는 비교예에 따른 전계 재생 헤드를 보여주는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드의 외부 전기장에 따른 드레인 전류(Id)의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 6은 다양한 전계 재생/기록 헤드 샘플들의 드레인 전류(Id) 프로파일(profile)의 반치전폭(full width half maximum)을 보여주는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드의 제1 절연층의 두께에 따른 감도(sensitivity) 변화를 보여주는 그래프이다.

도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드의 제조방법을 보여주는 사시도이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전계 재생/기록 헤드를 포함하는 정보 저장 장치를 보여주는 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 제1 반도체층 3 : 제1 절연층

5 : 제2 반도체층 10, 10' : 기판

20 : 제2 절연층 30 : 쓰기전극

40 : ABS 패턴층 100 : 전계 재생/기록 헤드

200 : 서스펜션 300 : 스윙암

400 : VCM 500 : 기록 매체

C1, C2 : 채널 D1, D2 : 드레인

F1, F2 : 제1 및 제2면 LD1 : 저농도 도핑영역

M1 : 마스크층 P1∼P3 : 제1 내지 제3 부분

S1, S2 : 소오스 SP1 : 적층패턴

Claims (15)

1. 베이스기판;

   상기 베이스기판 상에 형성된 절연층 ; 및

   상기 절연층 상에 형성된 것으로, 소오스와 드레인 및 그들 사이의 채널을 구비하는 저항 센서;를 포함하는 전계 헤드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연층 상에 반도체층이 구비되고, 상기 반도체층 내에 상기 소오스, 상기 드레인 및 상기 채널이 구비된 것을 특징으로 하는 전계 헤드.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 반도체층의 두께는 10∼100㎚인 것을 특징으로 하는 전계 헤드.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연층의 두께는 10∼200㎚인 것을 특징으로 하는 전계 헤드.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스기판은 전기장 차폐층인 것을 특징으로 하는 전계 헤드.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 채널 상에 다른 절연층 및 쓰기전극이 차례로 더 구비된 것을 특징으로 하는 전계 헤드.
7. 제 1 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 헤드의 일측면에 기록 매체와 대향하는 ABS(air bearing surface) 패턴층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 전계 헤드.
8. 강유전성 기록층을 갖는 기록 매체와 전계 헤드를 구비한 정보 저장 장치에 있어서,

   상기 전계 헤드는,

   베이스기판;

   상기 베이스기판 상에 형성된 절연층; 및

   상기 절연층 상에 구비된 것으로, 소오스와 드레인 및 그들 사이의 채널을 구비하는 저항 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 절연층 상에 반도체층이 구비되고, 상기 반도체층 내에 상기 소오스, 상기 드레인 및 상기 채널이 구비된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 반도체층의 두께는 10∼100㎚인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 절연층의 두께는 10∼200㎚인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
12. 제 8 항에 있어서, 상기 베이스기판은 전기장 차폐층인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
13. 제 8 항에 있어서, 상기 채널 상에 다른 절연층 및 쓰기전극이 차례로 더 구비된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
14. 제 8 내지 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전계 헤드의 일측면에 상기 기록 매체와 대향하는 ABS(air bearing surface) 패턴층이 더 구비된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
15. 제 8 항에 있어서, 상기 기록 매체는 회전 운동하는 디스크 타입이고, 상기 전계 헤드는 상기 기록 매체 표면으로부터 부상하여 회동하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.

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