KR20100091851A - 나노-로드 정보저장매체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

정보 저장 매체의 제조방법에 관해 기술된다.

정보 저장 매체의 제조방법은: 기판에 소정의 종횡비와 나노로드 패턴을 가지는 마스크를 이용해 스퍼터링법으로 나노 로드들에 의한 나노 로드 기록층을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

나노-로드 정보저장매체의 제조방법{Fabrication method of nano-rod infromation storing media}

나노 구조물에 의한 편광흡수특성과 파장흡수특성을 이용하는 나노 로드 기록 매체의 제조방법에 대해 기술된다.

소정의 종횡비(aspect ratio)를 가지는 나노 로드는 특정 파장의 광에 높은 흡수를 보이는 것이 알려져 있다. 이러한 나노 로드의 물리-광학적 특성은 다양한 분야에 응용이 가능하다. 대부분의 나노 로드는 일반적으로 화학적 석출방법에 의해 제조된다. 이와 같이 제조된 나노 로드가 응용되기 위해서는 적용대상의 표면에 도포된 후 여러 가지 고정 방법이나 수단에 의해 정착되는데, 이러한 종래 방법이나 수단은 여러 면에서 불리하기 때문에 다양한 분야로의 응용을 제한한다. 또한, 물질 특성 면에서 석출방법에 따르면 종횡비의 범위가 넓고 이의 조절이 용이하지 않다. 종횡비의 용이한 조절은 응용분야를 넓히고 나노 로드의 이용 목적을 향상할 수 있다. 따라서 종횡비의 용이한 조절에 대한 연구가 필요하다.

나노 로드의 응용 분야로서 종횡비의 조절에 따른 광학적 특성 변화와 배향방향 변화에 따른 편광 흡수 특성을 이용하는 정보 기록 분야가 있다.

예시적 실시예들(example embodiments)에 따르면, 고밀도의 용량을 가질 수 있는 정보 기록 매체의 제조방법이 제공된다.

예시적 실시예에 따른 정보 기록 매체의 제조방법은: 기판에, 나노로드 어레이에 대응하는 패턴을 가지는 마스크를 이용한 스퍼터링법으로 나노로드 기록층을 형성하는 단계;를 포함한다.

한 실시예에 따르면, 상기 나노로드 기록층을 형성하는 단계를 복수 회 반복 실시하여, 복수의 기록층을 가지는 기록 적층을 형성하는 단계가 더 포함된다.

다른 실시예에 따르면, 상기 나노로드 기록층을 형성하는 단계에서, 기록층들을 서로 다른 마스크를 이용해 형성된다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 나노로드 기록층을 형성하는 단계:는 상기 마스크를 이용한 증착에 의해 나노로드를 형성하는 단계; 그리고 나노로드들을 매립하는 매립층을 형성하는 단계;를 더 포함한다.

또 다른 실시예에 따르면, 기록층의 사이에 간격층을 형성하는 단계를 더 포함된다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 나노 로드 기록층을 형성하는 단계는 복수 회 반복하여 다수의 나노로드 기록층을 포함하는 기록 적층을 복수 형성하며, 상기 기록 적층들의 사이에 상기 간격층을 형성하는 단계;가 더 포함된다.

이하에서 표면 플라즈몬 현상에 특정 파장 대역에서의 광 흡수를 이용하는 것으로 나노로드를 정보 기록 요소로 이용하는 정보 기록 매체의 제조방법에 관련된다.

나노로드는 그 길이 방향(종 방향)과 나란한 편광 방향을 가지는 광에 대해 큰 흡수율을 나타내며, 또한 그 길이 방향에 수직한 편광 방향의 광에 대해서는 거의 흡수가 일어나지 않는다. 또한, 나노로드의 흡수 파장은 나노로드의 길이와 종횡비에 따라 다르게 나타난다.

도 1a는 광이 조사되기 전의 금(Au) 나노로드 및 그 길이에 따른 흡수 파장 피크를 보여주는데, 짧은 나노로드는 긴 나노로드에 비해 짧은 파장의 광을 흡수함으로 보여준다. 도 1b는 상기 나노로드에 광이 조사됨에 따라, 표면 플라즈몬 공진 흡수에 의한 나노로드의 종횡비 변화 및 그에 따른 흡수 파장 피크의 이동(shift)을 보여준다.(참조문헌 : James W.M. Chon, Craig Bullen, Peter Zijlstra, and Min Gu "Spectral Encoding on Gold Nanorods Doped in a Silica Sol-Gel Matrix and Its Application to High-Density Optical Data Storage" Adv. Funct. Mater. 17, 875-880 (2007))

실시예에 따라 제조되는 정보 기록 매체는 위와 같은 나노로드의 특성을 이용하는 것으로서 금속성 나노로드들이 방향성을 갖도록 각각 배향되어 있는 하나 또는 복수의 나노로드 기록층(이하 기록층)을 구비한다. 다층 구조에서의 기록층들은 서로 다른 배향특성을 가져야 하며, 이들은 각각의 사이 또는 몇몇의 기록층 간격으로 간격층이 마련될 수 있다. 이에 대해서는 후에 상세히 설명된다.

이러한 나노로드를 응용함에 있어서, 본 실시예는 나노 로드를 건식 방법으 로서 스퍼터링 법에 의해 제조하며, 특히 기판에 직접 형성한다. 이러한 방법은 석출법을 이용해 나노로드 입자를 제조하는 종래 방법과는 달리 나노로드의 물리광학적 특성의 제어가 가능하다. 각 기록층의 나노로드의 종횡비와 배향은 나노로드 제조용 스퍼터링 마스크의 설계 조건에 의존한다.

일 실시예에 따른 정보 기록 매체의 제조방법에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 다수의 나노 로드를 포함하는 기록층이 형성될 정보 기록 매체 제조용 기판(20)을 준비한다. 그리고 상기 나노 로드들에 대응하는 패턴을 가지는 마스크(40)를 준비한다. 마스크(40)는 디스크(40)에 대응하는 영역(42) 내에 다수의 나노로드를 동시에 형성할 수 있는 다수의 어퍼쳐 또는 윈도우(41)를 가지고 있으며, 각 윈도우는 각 나노로드의 형상에 실질적으로 일치한다. 도 2b는 윈도우(41)를 단순히 예시는 것으로 상징적으로 표시하고 있으며, 실제는 디스크의 크기에 비해 매우 작은 나노크기를 가질 것이다. 이러한 마스크를 이용해 건식 증착법 중의 하나인 스퍼터링법에 의해 상기 디스크의 표면에 다수의 나노로드를 일시에 형성한다. 이러한 다수 나노 로드에 의한 배열(어레이)은 정보 기록 매체의 기록층으로의 기능을 가진다.

스퍼터링법에 따르면, 이온충돌에 의해타겟으로부터 뜯겨져 나온 원자 또는 분자 상태의 타겟 물질은 기판을 향하여 진행하며, 이때에 마스크가 이를 마스킹 한다. 따라서, 타겟 물질이 윈도우에 대응하는 형상으로 기판의 표면에 증착되어 기록층을 형성한다. 기판의 표면에 형성되는 기록층은 나노로드의 형태를 증착되는 다수의 나노 로드에 의한 어레이를 포함하며, 이 기록층은 나노로드와 나노로드를 덮는 매립층 또는 보호층을 포함할 수 있는데, 이는 스퍼터링과 같은 챔버 내에서 연속 형성될 수 있다. 이러한 나노로드는 상기한 바와 같이 마스크의 윈도우 형상에 실질적으로 일치하며, 따라서 윈도우의 형상의 적절한 설계에 의해 나노로드의 크기 및 종횡비의 조절이 가능하게 된다. 즉, 윈도우의 설계에 의해 목적하는 일정한 물리-광학적 특성의 나노로드를 형성할 수 있으며, 따라서 특성의 산포는 이론적으로는 존재하지 않으며, 그러나, 마스크의 제조나 스퍼터링 조건 등에서 나타나는 여러 요인에 의해 피할 수 없는 산포는 있을 수 있다.

도 3a는 본 실시예에 따른 정보 기록 매체의 제조방법에서, 나노 로드 구조체에 의한 기록층의 형성을 위한 스퍼터링 방법을 예시한다.

스퍼터링 챔버(10) 내에 나노 로드 형성 대상물, 예를 들어 정보 기록 매체용 기판(20)과 타겟 물질(30)을 대향시킨다. 그리고 이 사이에 소정의 종횡비를 가지는 나노 로드의 대응하는 형상의 윈도우(41)를 다수 갖는 마스크(40)를 위치시킨다.

이상과 같은 상태에서 플라즈마에 의해 발생된 이온을 타겟(30)에 충돌시켜 이로부터 뜯겨 나온 원자 또는 분자상태의 금속 물질(31)이 마스크(40)를 지나 기판(20)에 증착되어 나노로드(21a)를 형성한다. 상기 마스크(40)는 다수의 나노로드에 대응하는 윈도우(41)를 가지며, 따라서 기판(20)에는 다수의 나노로드(21a), 즉 어레이 형태의 나노로드를 포함하는 기록층(21)이 형성된다. 각 나노로드(21a)는 각 윈도우(41)에 일대일로 일치한다. 상기와 같은 스퍼터링 과정은 복수회 반복되어 복수의 기록층을 형성하며, 이때에 각 기록층(21)은 서로 다른 설계조건으로 제 조된 마스크에 의해 형성되며, 따라서 서로 다른 배향특성을 가진다. 상기 각 기록층의 사이 또는 일정한 층간격으로 간격층이 형성될 수 있는데, 이는 마스크가 없이 전면적으로 증착될 수 있다.

도 3b는 스퍼터링법에 의해 형성되는 나노로드를 예시하는 도면이다.

기록층(21)의 각 나노 로드(21a)는 스퍼터링법에 의해 형성되었으므로 기판(20)에 대해 누운형태의 길고 좁은 폭을 가지는 박막이다. 폭(a)에 대한 길이(b)의 비율은 종횡비를 나타내며, 이 비율에 따르면 나노로드에서 흡수되는 파장이 결정된다.

상기 금속성 나노로드는, 전술한 바와 같이, 그 길이 방향(종 방향)과 나란한 편광 방향을 가지는 광에 대해 큰 흡수율을 나타내며, 그에 직교하는 편광 방향의 광에 대해서는 거의 흡수가 일어나지 않는다. 또한, 상기 종횡비 변화는 파장 흡수 특성의 변화를 불러온다. 따라서 편광에 대해 나노로드의 방향을 조절에 의한 흡수율 변화 그리고 종횡비의 변화에 따른 흡수 파장 변화를 이용한다.

일 실시예에 따른 정보저장매체의 제조방법의 설명에 앞서 그 구조를 먼저 살펴본다. 정보 저장 매체는 금속성 나노로드들이 방향성을 갖도록 각각 일정하게 배향된 단일 또는 다중 기록층을 구비한다.

따라서 다중의 기록층을 가지는 정보 기록 매체의 경우에 있어서, 특정 기록층에 배향방향에 일치하는 편광으로 정보를 기록하며, 해당 기록층에서만 광흡수에 의한 정보의 기록이 가능하게 된다. 즉, 다중 기록층을 가지는 정보 기록 매체에 정보를 기록할 때에 특정 기록층의 선택은 기록 광의 편광방향의 결정 또는 선택에 의해 가능하게 되며, 따라서 편광 방향을 바꾸어 가면서 여러 기록층에 정보의 기록이 가능하게 된다. 이와 같이 편광의 선택에 의해 기록층의 선택이 가능하므로 배향방향을 달리하는 한 기록층 수를 늘일 수 있고, 결과적으로 기록용량의 증가가 가능하다.

정보의 기록은 편광 흡수에 따른 나노로드의 용융 및 응고, 이에 따른 종횡비의 변화(종횡비의 감소)로 이루어진다. 예를 들어 종횡비의 변화가 없는 부분은 비트가 "0"이며 종횡비의 변화가 나타난 부분의 비트는 "1"이 되는데, 나노로드의 용융에 의해 비트 정보가 기록되는 형태이므로 종횡비는 낮아지게 된다.

본 실시예에 따라 제조되는 정보저장매체는 금속성 나노로드의 편광 방향에 의존하는 광흡수 특성 및 금속성 나노로드의 종횡비(Aspect ratio) 변화에 따른 파장 흡수 특성 변화를 이용하여, 다층 기록을 구현한다. 앞에서 간략히 소개된 바와 같이 나노로드는 길이가 짧을수록 단파장 광을 흡수하며, 길이가 길수록 장파장 광을 흡수하게 되는데, 특정 기록층의 배향 방향에 나란한 특정 편광과 파장을 가지는 광을 기록층에 집중(포커싱)시키면, 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance) 흡수에 의해 해당 기록층의 나노로드가 용융 후 응고되어 나노로드의 종횡비가 작아지고, 이에 따라 변형된 나노로드(transformed nano rods)의 흡수 파장 피크가 단파장 쪽으로 이동(shift)하게 된다.

이러한 스펙트럼 시프트(spectral shift)에 의해, 기록광과 동일 파장의 재생광이 나노로드에 조사할 때, 기록광에 의해 스펙트럼 시프트가 일어난 변형된 나노로드가 존재하는 영역과 나머지 영역에서의 투과 또는 반사 광량이 달라지게 되 고, 이에 의해 기록된 정보의 검출이 가능하게 된다.

도 4의 그래프는, 굴절율이 1.5인 매트릭스 형태의 PVA(Poly Vinyl Alcohol)에 종횡비가 3.5인 금속(Au) 나노로드들을 배향한 샘플에 대한 편광 흡수를 보이는 것으로 나노 로드에 평행한 편광과 이에 수직한 편광의 광흡수차이를 보인다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 금속성 나노로드는 그 길이 방향(종 방향)과 나란한 편광 방향을 가지는 광에 대해서는 큰 광흡수율을 나타내는 반면에, 이에 수직인 편광 방향을 가지는 광에 대해서는 광흡수가 거의 일어나지 않는다.

도 5는 나노로드를 포함하는 기록층의 같은 영역에 "A"와 "B" 문자를 각각 수평 편광 및 수직 편광의 광을 이용하여 기록하였을 때, 입사광의 편광에 따른 재생 결과를 보여준다.

도 5의 결과는 파장이 약 850nm이고, E= ~7nJ/pulse의 에너지를 가지는 광을 개구수 약 0.7인 대물렌즈로 집속하여 100kHZ의 반복율(rep. rate)로 기록하였을 때 얻어진 것이다.

도 5에서와 같이, "A" 문자를 기록할 때와 같은 수평 편광의 광을 조사하였을 때는 "A"문자만이 재생되며, "B" 문자를 기록할 때와 같은 수직 편광의 광을 조사하였을 때는 "B" 문자만이 재생된다. 또한, 조사되는 광이 수평 편광에 가까울수록 "A" 문자 형상이 주로 보여지며, 수직 편광에 가까워질수록 "B" 문자 형상이 주로 보여진다.

이로부터 수평 편광방향과 나란하게 배열된 나노로드는 수직 편광의 광에 의해 영향을 받지 않으며, 또한 수직 편광방향과 나란하게 배열된 나노로드는 수평 편광의 광에 의해 영향을 받지 않음을 알 수 있다.

따라서, 나노로드의 길이 방향과 나란한 특정 편광을 가지며 나노로드에 의해 흡수가 이루어질 수 있는 파장 대역의 광이 조사될 때 나노로드가 용융되어 나노로드의 종횡비가 달라지고 이러한 길이 변화에 따라 흡수 스펙트럼이 변하므로, 이 특성을 이용하면 정보를 기록/재생할 수 있다.

즉, 특정 파장을 가지는 특정 편광의 기록광이 조사된 영역에서는 대응하는 나노로드가 용융되어 그 나노로드의 종횡비가 나머지 영역에 존재하는 나노로드의 종횡비와 달라지게 된다. 이에 따라 예컨대, 기록시와 동일 파장 및 동일 편광의 재생광을 조사할 때, 기록광이 조사되었던 영역에서는 나노로드의 종횡비가 달라졌기 때문에 기록광이 조사되지 않았던 영역과는 재생광의 투과 또는 반사광량이 달라지게 된다. 이에 따라, 원하는 정보를 기록하고 기록된 정보를 정확히 판독할 수 있게 된다.

또한, 나노로드의 배향 방향이 서로 다르도록 복수의 기록층을 형성하면, 어너 한 나노로드 기록층을 기록/재생하기 위해 광이 조사될 때, 인접한 나노로드 기록층의 다른 나노로드 배향 방향을 가지는 나노로드들은 상기 광에 거의 영향을 받지 않는다. 따라서, 서로 다른 나노로드 배향 방향을 가지도록 복수의 나노로드 기록층을 형성하면, 간격층 없이도 인접 나노로드 기록층에 기인한 크로스톡이 없는 다층 정보저장매체를 실현할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제조방법에 의해 제조될 수 있는 정보저장매체를 개략적으로 보여준다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 정보저장매체(100)는 광빔이 입사하는 면에서부터 커버층(110), 다수의 기록층(21)을 포함하는 나노로드 기록 적층(recording stack, 200) 및 기판(150)의 순으로 구성될 수 있다. 상기 나노로드 기록층(200)은 전술한 실시예의 제조방법, 즉 다수의 기록층(21)에 대응하는 복수의 마스크를 이용하는 반복적 스퍼터링 법에 의해 형성된다. 여기서, 커버층(110), 나노로드 기록 적층(200) 및 기판(150)은 반대 순서로 배열될 수도 있다. 즉, 광빔이 기판(150)을 통하여 입사되도록 구성될 수도 있다. 상기 기록층(21)은 어레이 형태의 나노 로드(21a)외에 이를 덮는 매립층 또는 보호층을 더 포함할 수 있다.

위에서 설명된 도 6a는 재생시 투과광을 검출하도록 된 경우를 보여주며, 도 6b는 도 6a에 비해 광을 반사시키는 반사층(130)을 더 구비하여, 재생시 반사광을 검출하도록 된 경우를 보여준다. 도 6b에서는 반사층(130)이 기판(150)과 나노로드 기록층(200) 사이에 위치하는 경우를 보여주는데, 반사층(130)은 기판(150) 외측에 마련될 수도 있다. 또한, 광빔이 기판(150)을 통하여 입사되는 구조인 경우, 반사층(130)은 나노로드 기록층(20)과 커버층(110) 사이 또는 커버층(110) 외측에 마련될 수 있다.

도 6a 와 도 6b에서 도시된 정보저장매체(100)가 커버층(110), 나노로드 기록 적층(200) 및 기판(150)을 구비하거나 커버층(110), 나노로드 기록층(200), 반사층(130) 및 기판(150)을 구비하는 것으로 도시하고 있는데, 이는 예시적으로 도시한 것으로, 다른 실시예의 제조방법에 따른 정보저장매체(100)는 필요에 따라 추가적인 다른 층을 더 구비할 수도 있다.

상기 나노로드 기록층(200)에는 전술한 바와같이 마스크를 이용하는 스퍼터링법에 의해 형성되는 박막 상태의 금속성 나노로드들이 방향성을 갖도록 배향되어 있다. 이때, 나노로드 기록층에 배향되는 금속성 나노로드들은 예를 들어, Au, Pt, Ag, Pd, Al, Ni 등의 재료를 포함하도록 형성될 수 있다. 즉, 스퍼터링시 금속 타겟은 Au, Pt, Ag, Pd, Al, N 등의 재료를 포함할 수 있다.

도 7a과 도 7b는 도 6a와 도 6b에 도시된 정보 기록 매체의 제조공정을 보인다.

먼저 도 6a를 참조하면서 도 7a의 과정을 살펴보면, 정보 기록 매체 제조가 시작(7a1)되면, 정보 기록 매체용 기판을 준비하고(7a2), 스퍼터링 장치 내에서 타겟과 기판의 사이에 마스크를 로딩한다(7a3). 마스크가 로딩된 후 일반적인 방법에 의해 타겟에 이온을 충돌시켜 가면서 기판에 대한 첫번째 기록층(21)을 위한 나노로드(21a)의 증착을 소정 시간 진행한다. 첫번째 기록층이 완료되면 마스크를 교환한다(7a3). 즉, 먼저 사용된 마스크를 언로딩한 후 두 번째 기록층을 위한 마스크를 로딩한다. 이와 같이 마스크가 교환이 완료된 후 두 번째 기록층을 위한 나노 로드의 증착을 진행한다. 마스크의 교환 및 나노로드 증착은 기록층의 수(N, N 은 자연수)에 대응하는 수(N-1) 만큼 반복 진행하여 최종 N 층의 기록층을 순차적으로 형성하여 목적하는 기록 적층(200)을 얻는다. 이와 같이 기록 적층(200)이 완성된 후에는 마스크를 언로딩한 후(7a5), 전면적으로 유전물질에 의한 커버층(110)을 형성(7a6)한 후, 공정을 종료한다(7a7). 위의 공정에서 각 기록층을 위한 나노로드(21a)를 형성한 후 마스크를 교환하기 전 또는 후에 나노로드를 매립하는 유전물 질 전면 증착에 의한 매립층의 형성공정이 추가될 수 있다.

이어서, 도 6b를 참조하면서 도 7b의 과정을 살펴보면, 정보 기록 매체 제조가 시작(7b1)되면, 정보 기록 매체용 기판을 준비(7b2)한 후, 반사층(130)을 형성한다(7b3). 이에 이어 스퍼터링 장치 내에서 타겟과 기판의 사이에 마스크를 로딩한다(7b4). 마스크가 로딩된 후 일반적인 방법에 의해 타겟에 이온을 충돌시켜 가면서 기판에 대한 첫번째 기록층(21)을 위한 나노로드(21a)의 증착을 소정 시간 진행한다(7b5). 첫번째 기록층이 완료되면 마스크를 교환한다(7b4). 즉, 먼저 사용된 마스크를 언로딩한 후 두 번째 기록층을 위한 마스크를 로딩한다. 이와 같이 마스크가 교환이 완료된 후 두 번째 기록층을 위한 나노 로드의 증착을 진행한다. 마스크의 교환 및 나노로드 증착은 기록층의 수(N, N 은 자연수)에 대응하는 수(N-1) 만큼 반복 진행하여 최종 N 층의 기록층을 순차적으로 형성하여 목적하는 기록 적층(200)을 얻는다. 이와 같이 기록 적층(200)이 완성된 후에는 마스크를 언로딩한 후(7b6), 전면적으로 유전물질에 의한 커버층(110)을 형성(7b7)한 후, 공정을 종료한다(7b8). 위의 공정에서 각 기록층을 위한 나노로드(21a)를 형성한 후 마스크를 교환하기 전 또는 교환 후에 나노로드를 매립하는 유전물질 전면 증착에 의한 매립층의 형성공정이 별도로 추가될 수 있다.

상기와 같은 과정을 통해 제조된 정보 기록 매체에서, 나노로드 기록 적층(200)에는 나노로드 배향 방향이 서로 다른 복수의 나노로드 기록층(21)이 형성된다. 복수의 나노로드 기록층(21)에서는 서로 다른 편광의 광을 이용하여 정보의 기록 또는 재생이 이루어진다.

상기 나노로드 기록층(200)은 후술하는 도 8 및 도 10에서와 같이, 복수의 나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)(m, m+1, m+2)이 대물렌즈(500)에 의해 포커스되는 광빔(LB)의 유효 초점 깊이(심도) 내에 존재하여, 대물렌즈(500)의 이동없이 입사광의 편광 방향 조정에 의해 복수의 나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)(m, m+1, m+2) 각각에 정보를 기록 또는 재생하도록 형성될 수 있다. 이때, 복수의 나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)(m, m+1, m+2)의 층간 나노로드 배향 방향은 예컨대, 등간격으로 달라질 수 있으며, 일정하지 않은 간격으로 달라질 수도 있다. 대물렌즈(500)에 의해 포커스되는 광빔(LB)의 유효 초점 깊이 내에 존재하는 복수의 나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)(m, m+1, m+2)의 서로 인접한 나노로드 기록층 사이에는 별도의 간격층이 불필요하다. 여기서, 광빔(LB)은 빔 웨이스트를 가지는 형태로 포커싱되므로, 광강도가 어느 정도 일정하여 대물렌즈(500)의 초점이동 없이도 기록이 가능한 정도의 광강도를 나타내는 범위가 존재하며, 이 범위가 유효 초점 깊이에 해당한다.

또한, 상기 나노로드 기록층(20)은 후술하는 도 9 및 도 11에서와 같이, 복수의 나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)(m, m+1, m+2)이 복수 번 반복 스택되며, 복수의 나노로드 기록층 스택들(200")(200") 사이에는 그 스택들(200")(200") 사이에서의 크로스토크를 방지하도록 간격층(250)(350)이 더 구비될 수 있다.

상기 간격층(250)(350)은, 일 스택에 속하는 복수의 나노로드 기록층(n,n+1, n+2, n+3)(m, m+1, m+2)에 정보를 기록 또는 재생할 때, 인접 스택에 속하는 복수의 나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)(m, m+1, m+2)에서의 정보의 기록 또는 재생 을 방지하도록 스택간 이격 거리를 확보하기 위한 것이다.

각 스택(200")(200")에 속하는 복수의 나노로드 기록층(n,n+1, n+2, n+3) (m, m+1, m+2)은 대물렌즈(50)에 의해 포커스되는 광빔(LB)의 유효 초점 깊이 내에 존재하여, 일 스택에 속하는 복수의 나노로드 기록층에서의 정보의 기록 또는 재생은 대물렌즈(500)의 이동없이 입사광의 편광 방향 조정에 의해 이루어질 수 있다. 그리고, 정보를 기록 또는 재생하려는 복수의 나노로드 기록층이 속하는 스택이 달라질 때, 예컨대, 대물렌즈(500) 위치를 포커스 방향으로 조정하여 기록 또는 재생하고자하는 나노로드 기록층이 속하는 스택에 광빔을 포커싱한 상태에서 해당 스택에 속하는 나노로드 기록층에 정보의 기록 또는 재생이 이루어질 수 있다. 이때, 복수의 나노로드 기록층의 층간 나노로드 배향 방향은 예컨대, 등간격으로 달라질 수 있으며, 일정하지 않은 간격으로 달라질 수도 있다. 또한, 각 스택을 이루는 복수의 나노로드 기록층의 서로 인접한 나노로드 기록층 사이에는 별도의 간격층이 존재하지 않을 수 있다.

도 8은 도 6a 와 도 6b의 나노로드 기록층의 일 실시예를 개략적으로 보여준다. 도 8에서는 나노로드의 배향 방향이 각각 0ㅀ, 45ㅀ, 90ㅀ, 135ㅀ인 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)이 형성된 4층 구조의 나노로드 기록층을 예시적으로 보여준다.

도 8에서와 같이, 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)을 포함하도록 나노로드 기록층을 형성하는 경우, 일 나노로드 기록층에 예컨대, 약 25GB의 정보를 기록하는 경우, 100GB의 정보를 저장할 수 있는 고용량 정보저장매체를 실 현할 수 있다.

상기 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)은 대물렌즈(500)의 이동없이 광의 편광 방향 조정에 의해 정보를 기록 또는 재생하도록 대물렌즈(500)에 의해 포커스되는 광빔(LB)의 유효 초점 깊이 내에 존재하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)의 층간 나노로드 배향 방향은 도 8에 나타낸 바와 같이 등간격으로 달라질 수 있으며, 일정하지 않은 간격으로 달라질 수도 있다. 상기 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)의 서로 인접한 나노로드 기록층 사이에는 별도의 간격층이 불필요하다.

도 9는 도 8의 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)이 복수 번 반복 형성된 스택 구조의 실시예를 개략적으로 보여준다.

이때, 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3) 그룹은 복수 번 반복 스택되며, 복수의 나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3) 그룹의 스택들(200') 사이에는 그 스택들(200') 사이에서의 크로스토크를 방지하도록 간격층(250)이 존재할 수 있다. 이때, 각 스택에 속하는 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)은 대물렌즈(500)에 의해 포커스되는 광빔(LB)의 유효 초점 깊이 내에 존재하여, 일 스택에 속하는 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)에서의 정보의 기록 또는 재생은 대물렌즈(500)의 이동없이 입사광의 편광 방향 조정에 의해 이루어질 수 있다. 그리고, 정보를 기록 또는 재생하려는 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)이 속하는 스택이 달라질 때, 예컨대, 대물렌즈(500) 위치를 포커스 방향으로 조정하여 기록 또는 재생하고자하는 나노로드 기록층이 속하는 스택에 광 빔을 포커싱한 상태에서 해당 스택에 속하는 나노로드 기록층에 정보의 기록 또는 재생을 수행할 수 있다. 이때, 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)의 층간 나노로드 배향 방향은 도 8에 나타낸 바와 같이 등간격으로 달라질 수 있으며, 일정하지 않은 간격으로 달라질 수도 있다. 각 스택을 이루는 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)의 서로 다른 인접한 나노로드 기록층 사이에는 별도의 간격층이 불필요하다.

도 10은 도 6a 및 도 6b에 도시된 나노로드 기록층의 다른 실시예를 개략적으로 보여준다. 도 10에서는 나노로드의 배향 방향이 각각 0ㅀ, 45ㅀ, 90ㅀ인 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)이 형성된 3층 구조의 나노로드 기록층을 예시적으로 보여준다.

상기 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)은 대물렌즈(500)의 이동없이 광의 편광 방향 조정에 의해 정보를 기록 또는 재생하도록 대물렌즈(500)에 의해 포커스되는 광빔의 유효 초점 깊이 내에 존재하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)의 층간 나노로드 배향 방향은 도 10에 나타낸 바와 같이 등 각도간격으로 달라질 수 있으며, 일정하지 않은 간격으로 달라질 수도 있다. 상기 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)의 서로 인접한 나노로드 기록층 사이에는 별도의 간격층이 불필요하다.

도 11은 도 10의 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)이 복수번 반복 스택된 실시예를 개략적으로 보여준다.

이때, 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2) 그룹은 복수 번 반복 스택 되며, 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2) 그룹의 스택들(200") 사이에는 그 스택들(200") 사이에서의 크로스토크를 방지하도록 간격층(350)이 존재할 수 있다. 이때, 각 스택(200")에 속하는 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)은 대물렌즈(500)에 의해 포커스되는 광빔(LB)의 유효 초점 깊이 내에 존재하여, 일 스택에 속하는 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)에서의 정보의 기록 또는 재생은 대물렌즈(500)의 이동없이 입사광의 편광 방향 조정에 의해 이루어질 수 있다. 그리고, 정보를 기록 또는 재생하려는 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)이 속하는 스택이 달라질 때, 예컨대, 대물렌즈(500) 위치를 포커스 방향으로 조정하여 기록 또는 재생하고자하는 나노로드 기록층이 속하는 스택에 광빔(LB)을 포커싱한 상태에서 해당 스택에 속하는 나노로드 기록층에 정보의 기록 또는 재생을 수행할 수 있다. 이때, 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)의 층간 나노로드 배향 방향은 도 11에 나타낸 바와 같이 등간격으로 달라질 수 있으며, 일정하지 않은 간격으로 달라질 수도 있다. 각 스택을 이루는 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)의 서로 다른 인접한 나노로드 기록층 사이에는 별도의 간격층이 불필요하다. 상기와 같은 간격층(250)의 형성을 위해서는 도 7a 및 도 7b의 공정에 간격층의 형성을 위한 공정이 추가되어야 한다. 이를 위해서는 소정 층수의 나노로드 기록층을 형성하여 단위 스택을 형성한 후 간격층을 전면적으로 형성하고, 이에 이어 소정 층수의 나노로드층을 형성하는 과정이 반복될 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다층 정보저장매체는, 정보의 기록 또는 재생은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

금속성 나노로드들이 방향성을 갖도록 각각 배향되며 그 나노로드 배향 방향이 서로 다르도록 각각 배향되어 각각이 기록층을 이루는 복수의 나노로드 기록층(200)을 구비하는 다층 정보저장매체(200)에 광을 입사시킨다. 그리고, 이 입사광의 편광 방향을 변경시키면서, 복수의 나노로드 기록층(200) 각각 또는 적어도 일부에 대해 정보를 기록 또는 재생할 수 있다. 선형 편광을 가지는 광이 입사될 때, 입사광의 편광 방향과 나란한 나노로드 배향 방향을 갖는 나노로드 기록층에 대해 정보를 기록 또는 재생하게 된다.

기록 모드시에서는 전술한 바와 같이, 입사되는 광의 편광과 나란한 나노로드 배향 방향을 갖는 나노로드 기록층의 존재하는 나노로드가 입사되는 광을 흡수하면서 그 종횡비가 변화된다. 따라서, 기록하고자 하는 정보를 포함하는 변조광을 조사하면서, 정보를 기록할 수 있다. 또한, 입사되는 광의 편광을 여러 나노로드 기록층의 각 나노로드 배향 방향에 맞도록 변경시키면서, 기록을 행하면, 여러 나노로드 기록층에 정보를 기록할 수 있다.

재생모드시에 입사되는 광은 그 입사되는 광의 편광과 나란하지 않는 나노로드 배향 방향을 갖는 나노로드 기록층은 그대로 통과하면, 입사되는 광의 편광과 나란한 나노로드 배향 방향을 갖는 나노로드 기록층에 대해서만, 나노로드 종횡비에 따라 선택적인 흡수가 이루어져, 정보를 재생할 수 있다. 예를 들어, 재생모드시 기록모드시와 동일 파장의 광을 사용한다면, 기록시 종횡비가 바뀐 나노로드가 존재하는 영역에서는 입사되는 광이 흡수되지 않으며, 기록시 종횡비가 바뀌지 않은 나노로드가 존재하는 영역에서는 입사되는 광이 흡수되므로, 해당 나노로드 기 록층을 통과하는 광량이 기록된 정보에 따라 변화한다. 따라서, 이러한 광량 변화를 검출하면, 기록된 정보를 재생할 수 있다. 도 6a에서와 같이 반사층을 구비하는 않는 경우에는, 정보저장매체를 투과한 광을 재생광으로 검출한다. 도 6b에서와 같이 반사층(130)을 구비하는 경우에는, 해당 나노로드 기록층은 투과한 광이 반사층(130)에 의해 반사되어 대물렌즈(500)쪽으로 다시 되돌아오므로(즉, 정보저장매체로 입사되는 광과 반대 방향으로 진행하므로), 정보저장매체에서 반사된 광을 재생광으로 검출할 수 있다.

따라서, 입사광의 편광 방향을 각 나노로드 기록층의 배향 방향과 나란하도록 바꾸면서, 복수의 나노로드 기록층 각각 또는 적어도 일부에 대해 정보를 기록 또는 재생할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 정보저장매체는 간격층없이 각 기록층 별로 나노로드 배향을 달리하여 다층 기록층을 구성할 수 있다. 또한, 각각이 기록층을 구성하는 복수의 나노로드 기록층 그룹을 반복하여 스택하면, 기록층의 개수를 원하는 만큼 늘릴 수 있다. 복수의 나노로드 기록층을 n층 ~ n+l층(여기서 l은 음의 정수 또는 양의 정수)이라 할 때, 예컨대, n층 기록시 n+1(또는 n-1)층 ~ n+l층까지는 나노로드 배향 방향이 달라 n층 기록을 위한 특정 편광의 광에 반응하지 않기 때문에 기록 크로스토크를 제거할 수 있다. 재생의 경우에도, 재생광의 편광 방향에 따라 해당 나노로드 기록층에 대해서만 투과 또는 반사 광량변화를 검출하므로, 재생 크로스토크를 제거할 수 있다.

도 12는 전술한 실시예에 의해 제조된 정보저장매체에 대한 기록 및/또는 재 생할 수 있는 기록/재생장치의 일 예를 개략적으로 보여준다. 도 13 및 도 14는 도 12에 도시된 장치에 적용 가능한 광픽업(600)의 주요 광학적 구성을 개략적으로 보여준다.

도 12를 참조하면, 기록/재생장치는, 정보저장매체(100)를 회전시키기 위한 스핀들 모터(312)와, 상기 정보저장매체(100)의 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 정보저장매체(100)에 기록된 정보를 재생 및/또는 정보를 기록하는 광픽업(600)과, 스핀들 모터(312)와 광픽업(600)을 구동하기 위한 구동부(307)와, 광픽업(600)의 포커스, 트랙 서보 등을 제어하기 위한 제어부(309)를 포함한다. 여기서, 참조번호 352는 턴테이블, 353은 정보저장매체(100)를 척킹하기 위한 클램프를 나타낸다.

광픽업(600)은 정보저장매체(100)에 편광의 바꾸어가면서 광을 조사하며 정보저장매체(100)에서 재생된 광을 검출하도록 마련된다.

도 13을 참조하면, 상기 광픽업(600)은 광원(110)과, 입사광을 다층 정보저장매체(100)에 포커싱하기 위한 대물렌즈(500)와, 다층 정보저장매체(100)에서 재생된 광신호를 검출하는 광검출기(190)와, 다층 정보저장매체(100)에 조사되는 광의 편광 방향을 조절하기 위한 편광 조절기(150)를 포함할 수 있다.

도 13은 정보저장매체(10)가 도 6a의 구조를 가지는 경우에 적합한 것으로, 재생시 정보저장매체(100)를 투과한 광을 검출하도록 광검출기(190)가 대물렌즈(500)와 반대쪽에 배치된다.

도 13을 참조하면, 상기 광픽업(600)은 광원(110)과, 입사광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기(130)와, 입사광을 다층 정보저장매체(100)에 포커싱하기 위한 대물렌즈(500)와, 다층 정보저장매체(100)에서 재생된 광신호를 검출하는 광검출기(190)와, 다층 정보저장매체(100)에 조사되는 광의 편광 방향을 조절하기 위한 편광 조절기(150)를 포함할 수 있다.

도 14는 정보저장매체(100)가 도 6b의 구조를 가지는 경우에 적합한 것으로, 재생시 정보저장매체(100)의 반사층(130)에서 반사된 광을 검출하도록 광검출기(190)가 배치된다. 정보저장매체(100)가 도 6b에 도시된 구조인 경우, 광원(110)에서 출사된 광은 정보저장매체(100)로 향하도록 하고, 정보저장매체(100)에서 반사된 광은 광검출기(190)로 향하도록 하기 위해 광로변환기(130)가 필요하다.

도 13 및 도 14는 도 6a 및 도 6b를 참고로 설명한 다층 정보저장매체(10)를 기록 또는 재생하기 위한 가장 기본적인 광학계 구성을 보인 것으로, 전체적인 광학계 구성은 다양하게 변형될 수 있다.

상기 광원(110)은 레이저광을 출사하기 위한 것으로, 특정 파장의 레이저광을 출사하는 반도체 레이저일 수 있다. 또한, 상기 광원(110)은 파장 가변형 반도체 레이저일 수도 있다. 예를 들어, 상기 광원(110)은 서로 다른 파장의 레이저 광을 출사하는 복수의 반도체 레이저 소자가 결합된 구조이거나, 다중 파장의 레이저광을 각각 독립적으로 출사할 수 있도록 복수 파장 발광형 반도체 레이저일 수 있다. 광원(110)과 대물렌즈(500) 사이의 광로 상에는 광원(110)에서 발산광 형태로 출사된 광을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이팅 렌즈(120)를 더 구비하여, 무한 광학계 구조로 형성할 수 있다. 광검출기(190) 앞에는 정보저장매체(10)를 투과하거나 정보저장매체(100)에서 반사되어 광검출기(190)로 진행하는 광을 적정 크기로 수광하도록 집속하는 검출 렌즈(170)를 더 구비할 수 있다.

상기 편광 조절기(150)는, 다층 정보저장매체(100)에 조사되는 광의 편광을 기록 또는 재생하고자 하는 나노로드 기록층에 적합하도록 바꾸어주기 위한 것으로, 예를 들어, 반파장판(half wave plate)를 구비할 수 있으며, 이 반파장판(150)을 회전 구동시키는 구동기(160)를 더 구비할 수 있다. 반파장판의 회전 각도를 조절하면, 반파장판을 통과하는 광이 원하는 선편광 방향을 가지도록 할 수 있다.

정보저장매체(100)로부터 반사된 광은 광픽업(100)에 마련된 광검출기(190)를 통해 검출되고 광전변환되어 전기적 신호로 바뀌고, 신호 검출 회로(미도시)에서 연산된다. 신호 검출 회로에서 얻어진 신호는 구동부(307)를 통해 제어부(309)에 입력된다. 상기 구동부(307)는 스핀들 모터(312)의 회전 속도를 제어하며, 입력된 신호를 증폭시키고, 광픽업(100)을 구동한다. 상기 제어부(309)는 구동부(307)로부터 입력된 신호를 바탕으로 조절된 포커스 서보, 트랙킹 서보 명령 등을 다시 구동부(307)로 보내, 광픽업(100)의 포커싱, 트랙킹 동작이 구현되도록 한다.

도 1a는 금(Au) 나노로드 및 그 길이에 따른 흡수 파장 피크를 보여준다.

도 1b는 금 나노로드의 종횡비 변화 및 그에 따른 흡수 파장 피크의 이동을 보여준다.

도 2a는 실시예에 따른 정보 저장 매체의 제조방법에 적용되는 기판의 예시도이다.

도 2b는 실시예에 따른 정보 저장 매체의 제조방법에 적용되는 마스크의 예시도이다.

도 3a는 실시예에 따른 정보 저장 매체의 제조방법에 적용되는 스퍼터링 방법을 설명하는 도면이다.

도 3b는 실시예에 따른 정보 저장 매체의 제조방법에 의해 형성된 나노로드를 예시하는 도면이다.

도 4는 금속성 나노로드의 입사광의 편광 방향에 따른 광흡수 특성을 보인 그래프이다.

도 5은 나노로드 기록층의 같은 영역에 "A"와 "B" 문자를 각각 수평 편광 및 수직 편광의 광을 이용하여 기록하였을 때, 입사광의 편광에 따른 재생 결과를 보여준다.

도 6a 및 도 6b는 실시예들에 따라 제조된 정보저장매체를 개략적으로 보여준다.

도 7a는 도 6a에 도시된 정보저장매체의 제조공정을 보이는 공정 흐름도이 다.

도 7b는 도 6b에 도시된 정보저장매체의 제조공정을 보이는 공정 흐름도이다.

도 8은 도 6a 및 도 6b의 나노로드 기록층의 구체적인 실시예를 보인다.

도 9는 도 8의 제1 내지 제4나노로드 기록층(n, n+1, n+2, n+3)이 복수번 반복 스택된 실시예를 개략적으로 보여준다.

도 10은 도 6a 및 도 6b의 나노로드 기록층의 다른 실시예를 개략적으로 보여준다.

도 11은 도 10의 제1 내지 제3나노로드 기록층(m, m+1, m+2)이 복수번 반복 스택된 실시예를 개략적으로 보여준다.

도 12는 실시예에 따른 정보저장매체를 기록 및/또는 재생할 수 있는 기록/재생장치의 일 예를 개략적으로 보여준다.

도 13 및 도 14는 도 12에 도시된 장치에 적용가능한 광픽업의 주요 광학적 구성을 개략적으로 보여준다.

Claims (8)

1. 기판에, 나노로드 어레이에 대응하는 패턴을 가지는 마스크를 이용한 스퍼터링법으로 나노로드 기록층을 형성하는 단계;를 포함하는 정보 기록 매체의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 나노로드 기록층을 형성하는 단계를 복수 회 반복 실시하여, 복수의 기록층을 가지는 기록 적층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체의 제조 방법.
3. 제 3 항에 있어서,

   상기 나노로드 기록층을 형성하는 단계에서, 기록층들을 서로 다른 마스크를 이용해 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 나노로드 기록층을 형성하는 단계:는

   상기 마스크를 이용한 증착에 의해 나노로드를 형성하는 단계; 그리고

   나노로드들을 매립하는 매립층을 형성하는 단계;를 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 나노로드 기록층을 형성하는 단계를 복수 회 반복 실시하여, 복수의 기록층을 가지는 기록 적층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체의 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 나노로드 기록층을 형성하는 단계에서, 기록층들을 서로 다른 마스크를 이용해 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   기록층의 사이에 간격층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 나노 로드 기록층을 형성하는 단계는 복수 회 반복하여 다수의 나노로드 기록층을 포함하는 기록 적층을 복수 형성하며,

   상기 기록 적층들의 사이에 상기 간격층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체의 제조방법.

Images