KR100499136B1 - 전자 스핀의존 산란을 이용한 자성매체 및 자성매체정보재생장치 및 재생방법 - Google Patents
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Abstract
스핀-의존 산란을 이용한 자성매체 및 정보재생장치 및 정보재생방법을 개시한다. 개시된 정보재생장치는, 반도체 팁에 비자성 금속층이 캡핑된 쇼트키 접합을 가지고 쇼트키 접합을 통해 열전자를 방출하는 탐침과, 기판과 기판의 상부에 적층되는 제1자성층과 제1자성층의 상부에 적층되는 비자성층과 비자성층의 상부에 적층되고 제1자성층의 자화방향에 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 제2자성층을 구비하는 자성매체와, 탐침이 열전자를 방출하도록 전압을 인가하는 제어부 및, 제1 및 제2자성층의 자화방향의 평행 또는 반평행 상태에 따라 변화하는 기록매체의 전류를 검출하여 자성매체에 기록된 정보를 재생하는 측정부를 구비한다. 개시된 자성매체 및 정보재생장치 및 정보재생방법은 열전자의 스핀-의존 산란을 이용하여 대용량의 메모리를 실현할 수 있으며 고해상도 및 고속으로 자성매체의 정보를 재생할 수 있다는 것이다.
Description
본 발명은 자성매체 및, 자성매체의 정보재생장치 및, 재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자 스핀의존 산란을 이용한 자성매체 및, 자성매체의 정보재생장치 및, 재생방법에 관한 것이다.
종래의 정보저장기기에서 자성매체를 기록매체로 사용하는 경우 크게 두 가지 방법을 이용하여 자성매체의 정보를 재생한다. 첫 번째 방법은 자성매체에서 방출되는 자기장을 검출하는 방법이고, 두 번째 방법은 광자기 효과를 이용하는 방법이다. 이러한 두 방법은, 최근 기록밀도를 증가시킴에 따라 정보기록의 최소단위인 비트의 크기가 감소하게 되자 기술적인 문제점을 드러내고 있다. 예를 들어, 자성매체의 방출되는 자기장을 검출하여 정보를 재생하는 방법은 비트의 크기 감소에 따라 자기장 센서의 크기를 축소시키는 연구가 진행중이지만, 센서의 크기를 축소시키는 것은 한계가 있으며, 또한 비트의 크기가 감소하면서 출력신호가 감소하여 이를 증폭시키는데도 한계가 있다. 광자기 효과를 이용한 재생방법의 경우에는 해상도가 광의 파장에 의해 결정되기 때문에 적용할 수 있는 기록밀도에 제한이 따른다.
이러한 종래 기술의 기술적인 문제점을 극복하기 위하여 미국특허 제6,304,481호에서는 스핀 분극된 전자를 사용한 정보 저장장치 및 방법을 제안하고 있다.
도 1은 상기 미국특허에 개시된 정보저장장치를 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 미국특허에 개시된 정보저장장치에는, 제어 장치(1), 팁(2b)을 가지는 스핀-분극된 전자 소스(40), 익스트랙터(4), 콜리메이터(6, 7, 9), 정전형 렌즈(10, 11, 12) 및, 절연소자(5, 8)가 구비된다. 상기 정보저장장치는 또한 블랭킹 소자(13), 성글고 미세한 마이크로편향기(14, 15), 전자 검출기(16), 정보저장층(17) 및, 기판(18)을 구비한다.
제어 장치(1)는 ADDRESS IN, DATA IN, DATA OUT을 통해 외부 장치의 제어 신호 및 정보를 수신하고 필요한 프로토콜을 이용하여 해독한 다음, 제어 응답 및 정보를 다시 송신한다.
전자 소스(40)는 스핀 분극된 전자(3)를 제공하고, 팁(2b)은 스핀 분극된 전자를 집속한다. 익스트랙터(4)는 스핀 분극된 전자(3)를 팁(2b)으로부터 추출하고, 콜리메이터(6, 7, 9)는 스핀 분극된 전자(3)를 스핀 분극된 전자빔(19)으로 집속한다. 정전형 렌즈(10, 11, 12)는 스핀-분극된 전자빔(19)을 포커싱하고 마이크로편향기(14, 15)는 상기 전자빔(19)을 정보가 저장될 정보저장층(17)의 일부분내 생성되는 자기장으로 편향시킨다.
정보저장층(17)은 복수의 정렬 영역(22)을 포함하고 절연체(28)에 의해 정보저장층(17)으로부터 절연되는 도전부재(27)를 구비한다.
제어장치(1)는 전자 소스(40)에 전압(V1)을 인가하고, 전압(V2-V5)를 스핀 분극된 전자(3)와 스핀 분극된 전자빔(19)의 원하는 특성을 얻기 위해 인가한다. 전압(V6-V8)은 제어장치(1)에 의해 정전형 렌즈(10, 11, 12)에 인가되어 렌즈 개구를 통과하는 전기장을 생성한다. 전압(V12-V19)은 제어장치(1)에 의해 스티그메이터(stigmator) 소자(25)의 일단에 인가된다. 제어장치(1)는 신호(S19)를 전자 소스(40)에 인가하여 전자(3)의 스핀 분극 방향을 결정하고, 신호(S2-S17)를 편향기(14, 15)에 인가하여 전자빔(19)을 편향시킨다. 또한, 제어장치(1)는 신호(S1)를 블랭킹 소자(13)에 인가하고 신호(S18, S20)를 번갈아 검출하여 정보를 재생한다.
상기 미국특허에 개시된 정보저장 및 재생장치는 전자빔을 특정 정보영역에 집중시키기 위해 전압을 미세하게 조절하여야 하므로 제어하기가 용이하지 아니할 뿐만 아니라 전자빔을 매체에 주사하기 위해 비전도성 공간을 유지하여야 하므로 그 효율이 떨어져 정보를 재생하는 검출신호를 정밀하게 출력하기가 어려운 한계가 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 전자의 스핀-의존 산란 현상을 이용한 고밀도 대용량의 자성매체와, 상기 자성매체에 기록된 정보를 전자를 주입하는 탐침을 이용하여 고속으로 재생하는 정보재생장치와 정보재생방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
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반도체 팁에 비자성 금속층이 캡핑된 쇼트키 접합을 통해 열전자를 방출하는 탐침;
기판과, 상기 기판의 상부에 적층되는 제1자성층과, 상기 제1자성층의 상부에 적층되는 비자성층과, 상기 비자성층의 상부에 적층되고 상기 제1자성층의 자화방향에 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 제2자성층을 구비하는 자성매체;
상기 탐침이 열전자를 방출하도록 전압을 인가하는 제어부; 및
상기 제1 및 제2자성층의 자화방향의 평행 또는 반평행 상태에 따라 변화하는 상기 기록매체의 전류를 검출하여 상기 자성매체에 기록된 정보를 재생하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생장치를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,
열전자를 방출하는 반도체 팁을 구비하는 탐침;
기판과, 상기 기판의 상부에 적층되는 제1자성층과, 상기 자성층의 상부에 적층되는 비자성층과, 상기 비자성층의 상부에 적층되고 상기 제1자성층의 자화방향에 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 제2자성층을 구비하는 자성매체;
상기 탐침이 열전자를 방출하도록 전압을 인가하는 제어부; 및
상기 제1 및 제2자성층의 자화방향의 평행 또는 반평행 상태에 따라 변화하는 상기 기록매체의 전류를 검출하여 상기 자성매체에 기록된 정보를 재생하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생장치를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,
전자가 터널링하며 열전자로 변화하는 옥사이드층이 캡핑된 반도체 팁을 구비하는 탐침;
기판과, 상기 기판의 상부에 적층되는 제1자성층과, 상기 제1자성층의 상부에 적층되는 비자성층과, 상기 비자성층의 상부에 적층되고 상기 제1자성층의 자화방향과 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 제2자성층을 구비하는 자성매체;
상기 탐침이 열전자를 방출하도록 전압을 인가하는 제어부; 및
상기 제1 및 제2자성층의 자화방향의 평행 또는 반평행 상태에 따라 변화하는 상기 기록매체의 전류를 검출하여 상기 자성매체에 기록된 정보를 재생하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생장치를 제공한다.
상기 제1자성층의 하부 또는 제2자성층의 상부에 비자성 금속층을 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2자성층은 수평자기이방성 또는 수직자기이방성을 가진다.
상기 제1 및 제2자성층은 비트가 연속적인 박막층이거나, 층의 일부 또는 전체가 패터닝될 수 있다.
상기 제1 및 제2자성층은 비트가 나노입자로 이루어질 수 있다.
상기 제1 및 제2자성층은 복수의 자성층으로 이루어질 수 있다.
상기 비자성층은 금속층이다.
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본 발명은 또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,
탐침을 통해 열전자를 자성기록매체에 주입하는 제1단계;
상기 열전자가 상기 자성기록매체의 제1 및 제2자성층의 평행 또는 반평행한 자화방향에 따라 산란되어 생성하는 전류를 검출하는 제2단계; 및
상기 전류가 기준값을 초과하면 제1이진값으로 설정하고, 기준값 이하이면 제2이진값으로 설정하여 상기 자성매체의 정보를 재생하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보재생방법을 제공한다.
여기서, 상기 자성기록매체는,
기판;과 상기 기판 상부에 적층되는 제1자성층;과 상기 제1자성층의 상부에 적층되는 비자성층; 및 상기 비자성층의 상부에 적층되고, 자화 방향이 상기 제1자성층의 자화방향에 평행 또는 반평행하게 변화하는 제2자성층;을 구비한다.
상기 자성기록매체는, 상기 제1자성층의 하부 또는 제2자성층의 상부에 비자성 금속층을 더 구비할 수 있다.
상기 탐침은 쇼트키 접합을 이루도록 비자성 금속층이 캡핑된 반도체 팁을 가지거나, 전자가 터널링하여 열전자로 형성되는 옥사이드층이 캡핑된 반도체 팁을 가질 수 있다. 또는, 상기 탐침은 열전자를 방출하는 반도체 팁을 가질 수 있다.
이 경우, 상기 자성기록매체는, 상기 제2자성층의 상부에 전자가 터널링하여 열전자로 변화하는 옥사이드층을 더 구비할 수 있다.
상기 탐침이 도전성 팁을 가지는 경우, 상기 비자성층은 전자가 터널링하여 열전자로 변화하는 옥사이드층을 가질 수 있다.
상기 탐침은 도전성 팁을 가질 수 있다.
본 발명은 열전자(Hot-electron)를 방출하는 탐침을 이용하여 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 적어도 두 자성층을 구비하는 자성매체를 제공하고, 상기 자성매체에 열전자를 주입하고 전자의 스핀 의존 산란 현상에 따라 검출되는 전류를 측정함으로써 상기 자성매체의 정보를 재생하는 정보재생장치 및 정보재생방법을 제공한다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 자성매체 및 정보재생장치 및 정보재생방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자성매체 및 이를 재생하는 정보재생장치를 간략히 보이는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 자성매체는, 기판(115d)과, 기판(115d)의 상면에 적층되고 수평자기이방성의 연속비트를 가지는 제1자성층(115c)과, 제1자성층(115c)의 상면에 적층되는 비자성 금속층(115b)과, 비자성 금속층(115b)의 상면에 적층되고 제1자성층(115c)의 자화방향에 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 수평자기 이방성의 연속비트를 가지는 제2자성층(115a)을 구비한다. 여기서, 비자성 금속층(115b)은 접지한다. 제1 및 제2자성층(115c)(115a)은 일부 또는 전체가 패터닝될 수 있다. 기판(115a)은 반도체 기판이다.
상기 본 발명의 제1실시예에 따른 자성매체를 재생하는 정보재생장치는, 반도체 팁(111a)에 비자성 금속층(113)이 캡핑된 쇼트키 접합이 형성된 탐침(111)과, 탐침(111)이 열전자를 방출하도록 탐침(111)에 적정 전압을 인가하는 제어부(117)와, 탐침(111)을 통해 자성매체(115)에 주입된 열전자가 흐르면서 발생하는 전류를 검출하여 자성매체(115)의 정보를 재생하는 측정부(119)를 구비한다. 여기서, 참조부호 111b는 팁(111a)이 말단에 위치하는 캔티레버(111b)로서 제어부(117)의 신호에 따라 탐침(111)을 이동시킨다.
탐침(111)에 음극을 연결하면 음극으로부터 방출되는 전자가 탐침(111)의 팁(111a)으로 주입된다. 팁(111a)과 팁(111a)의 두부에 캡핑된 비자성 금속층(113)사이의 쇼트키 접합(Schottky junction)에 의해 팁(111a)과 비자성 금속층(113)사이의 계면에는 에너지 장벽, 즉 쇼트키 장벽이 형성된다. 팁(111a)에서 방출된 전자는 상기 쇼트키 장벽을 통과하여야 하므로, 페르미 에너지 준위보다 1eV 정도 높은 에너지를 가지는 비평형 열전자(hot electron)로 생성된다. 탐침(111)으로부터 방출된 열전자는 자성매체(115)로 주입되는데, 자성매체(115)를 통과하면서 열전자는, 열전자의 스핀 상태와 제1 및 제2자성층(115c)(115a)의 자화방향에 따라 상이하게 산란된다.
열전자는 제1 및 제2자성층(115c)(115a)을 통과하면서 열전자의 운동량 뿐만 아니라 에너지를 변화시키는 탄성 또는 비탄성 산란을 하게 된다. 열전자의 스핀과 자성매체(115)의 자화방향이 같을 경우 산란을 작게 하지만, 자화방향이 상이할 경우 산란을 많이 하게 되어 열전자의 에너지가 현저히 감소되게 된다. 제1자성층(115a)과 반도체 기판(115d) 사이의 계면에는 에너지 장벽이 형성되는데, 산란을 많이 겪은 열전자는 상기 에너지 장벽을 넘지 못하고, 산란을 적게 겪은 열전자는 상기 에너지 장벽을 넘을 수 있어 나타내는 전류량이 서로 상이하게 된다.
제1자성층(115c)과 제2자성층(115a)의 특정 비트의 자화방향이 평행(parallel)한 경우 일 스핀방향의 열전자들은 제1자성층(115c)과 제2자성층(115a)을 모두 통과하여 측정부(119)에 전류량이 크게 검출되지만, 제1자성층(115c)과 제2자성층(115a)의 특정 비트의 자화방향이 반평행(antiparallel)한 경우 모든 열전자는 각각 그 스핀 상태와 반대방향의 자화방향을 가지는 자성층을 통과하면서 많은 산란을 겪게 되어 측정부(119)에 검출되는 전류량은 감소된다. 측정부(119)에 검출되는 전류량이 소정 기준값보다 큰 경우 이진값 1로 두고 기준값보다 작은 경우 이진값 0으로 두거나, 그 역으로 값을 설정하면, 자성매체(115)의 소정 영역에 기록된 정보를 재생할 수 있다. 여기서, 전류는 그 방향이 역으로 인가되어 동일하게 자성매체의 정보를 재생할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 자성매체와 이를 재생하는 정보재생장치를 간략히 보인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 자성매체(125)는, 기판(125d)의 상면에 제1자성층(125c), 비자성 금속층(125b) 및, 제2자성층(125a)이 순서대로 적층되어 있으며, 제1 및 제2자성층(125c)(125a)은 수직자기이방성을 가지는 연속박막층으로 형성된다. 여기서, 제1 및 제2자성층(125c)(125a)은 일부 또는 전체가 패터닝될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 정보재생장치는, 본 발명의 제1실시예에 따른 정보재생장치와 동일하게 탐침(121)과, 탐침(121)에 전압을 인가하고 캔티레버(121b)의 위치를 이동하는 신호를 출력하는 제어부(117)와, 자성매체(125)를 통과하는 열전자의 산란정도에 따라 달라지는 전류량을 검출하여 정보를 재생하는 측정부(119)를 구비한다. 다만, 탐침(121)은 본 발명의 제1실시예에 따른 정보재생장치에 구비되는 탐침(111)과 달리, 쇼트키 접합 대신 팁(121a)의 두부에 옥사이드층(123)이 얇게 캡핑되어 전자가 터널링함으로써 열전자를 생성하는 점이 상이하다.
본 발명의 제2실시예에 따른 정보재생장치를 이용하여 정보를 재생하는 방법도 본 발명의 제1실시예에 따른 정보재생장치와 동일하게 제1자성층(125c)과 제2자성층(125a)의 자화방향의 평행 또는 반평행에 의존하는 열전자의 전류량을 검출하는 방법을 이용한다. 즉, 특정 스핀 상태의 열전자는 제1자성층(125c)과 제2자성층(125a)의 자화방향이 평행한 경우 적게 산란되고, 제1자성층(125c)과 제2자성층(125a)의 자화방향이 반평행한 경우 많이 산란되므로, 이러한 산란 정도에 따라 상이하게 측정되는 전류량을 기준으로 1 또는 0의 정보를 설정함으로써 자성매체(125)의 정보를 재생한다. 여기서, 전류는 그 방향이 역으로 인가되어 동일하게 자성매체의 정보를 재생할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 자성매체와 이를 재생하는 정보재생장치를 간략히 보인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 자성매체(135)는, 기판(135d)과, 기판(135d)의 상면에 순서대로 적층되는 제1자성층(135c), 비자성 금속층(135b) 및, 제2자성층(135a)을 구비한다. 제1자성층(135c)과 제2자성층(135a)은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 자성매체(115, 125)와 달리, 연속박막층이 아닌 나노입자가 비트를 형성하고 있으며, 수직자기이방성을 가진다. 나노입자를 가지는 제1 및 제2자성층(135c)(135a)은 진공 증착법을 이용하거나, 화학적인 방법을 통해 형성될 수 있다. 화학적인 방법은 예를 들어, Pt(acac)2(acac=acetylacetonate, CH3COCHCOCH3)를 디올로 환원시키고 Fe(CO)
5를 고온에서 분해하여 FePt 나노입자를 형성한 다음, 열처리(thermal annealing)을 통해 FePt 자성층을 형성하는 방법 등을 이용하여 제1 및 제2자성층(135c)(135a)을 형성할 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 자성매체(115, 125, 135)의 제1자성층(115c, 125c, 135c)의 하부 또는 제2자성층(115a, 125a, 135a)의 상면에는 비자성 금속층이 더 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 자성매체(115, 125, 135)의 제1자성층(115c, 125c, 135c) 또는 제2자성층(115a, 125a, 135a)은 복수의 자성층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 정보재생장치는, 반도체 팁(131a)과 반도체 팁(131a)이 말단에 마련된 캔티레버(131b)를 가지는 탐침(131)을 구비한다. 제어부(117)와 측정부(119)의 기능은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 정보재생장치에서 상술한 바와 동일하다. 여기서, 전류는 그 방향이 역으로 인가되어 동일하게 자성매체의 정보를 재생할 수 있다.
제어부(117)는 탐침(131)에 소정 전압을 인가하고 인가된 전압에 의해 팁(131a)을 통해 페르미 에너지 준위보다 높은 에너지를 가지는 열전자가 방출된다. 열전자는 제1자성층(135c)과 제2자성층(135a)의 나노입자로 이루어진 각 비트의 자화방향의 평행 또는 반평행 여부에 따라 산란 정도가 달라진다. 본 발명의 제3실시예에 따른 정보재생장치를 이용한 정보재생방법은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 정보재생장치를 이용한 정보재생방법과 동일하다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 자성매체와 이를 재생하는 정보재생장치를 간략히 보인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 자성매체는, 기판(145d)과, 기판(145d)의 상면에 순서대로 적층되는 제1자성층(145c), 비자성 금속층(145b), 제2자성층(145d) 및, 옥사이드층(144)을 구비한다. 제1자성층(145c) 및 제2자성층(145d)은 수평자기 이방성을 가지고 박막층의 일부가 패터닝되어 있다. 옥사이드층(144)은 전자가 터널링하여 열전자로 생성되는 터널로 기능한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 정보재생장치는, 도전성 팁(141a)과 캔티레버(141b)를 구비하는 탐침(141)을 구비한다. 도전성 팁(141a)을 통해 방출되는 전자는 옥사이드층(144)을 터널링하면서 에너지가 상승되어 열전자로 변화한다. 제어부(117)와 측정부(119)의 기능은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 정보재생장치에서 상술한 바와 동일하며, 자성매체(145)에 기록된 정보를 재생하는 방법도 동일하다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 자성매체 및 이를 재생하는 정보재생장치를 간략히 보인 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 자성매체는, 기판(155d)과, 기판(155d)의 상면에 적층되는 제1자성층(155c)과, 제1자성층(155c)의 상면에 적층되는 옥사이드층(154)과, 옥사이드층(154)의 상면에 적층되는 제2자성층(155a)을 구비한다. 제1자성층(155c)과 제2자성층(155a)은 수직자기이방성을 가지고 박막층의 일부가 패터닝되어 있다.
본 발명의 제5실시예에 따른 자성매체를 재생하는 정보재생장치는, 도 5에 도시된 본 발명의 제4실시예에 따른 정보재생장치와 동일하다. 본 발명의 제5실시예에 따른 정보재생장치를 이용하여 정보를 재생하는 방법은 본 발명의 제4실시예에 따른 정보재생장치와 동일하게 도전성 팁(141a)을 통해 방출되는 전자는 옥사이드층(154)을 터널링하면서 에너지가 상승되어 열전자로 변화한다. 제어부(117)와 측정부(119)의 기능은 본 발명의 제1 및 제2실시예에 따른 정보재생장치에서 상술한 바와 동일하며 자성매체(155)에 기록된 정보를 재생하는 방법도 동일하다.
본 발명의 제1 내지 제4실시예에 따른 자성매체는 제1 및 제2자성층을 복수의 자성 박막층으로 구성할 수 있으며 상술한 바와 같은 동일한 정보재생방법을 적용하여 소정 기준값보다 큰 전류값을 1(또는 0)으로 설정하고 기준값보다 작은 전류값을 0(또는 1)으로 설정할 수 있다.
본 발명의 자성매체는 자화방향을 평행 또는 반평행으로 형성시켜 대용량의 메모리를 가지도록 구성될 수 있다. 탐침을 이용하는 정보재생장치에서, 해상도는 주로 탐침의 크기에 의해 결정된다. 본 발명의 정보재생장치 및 재생방법은, 열전자를 주입한 다음 스핀-의존 산란 현상에 따른 전류값의 변화를 측정하므로, 구비되는 탐침을 나노미터 크기로 제조하여 수 나노미터 크기의 비트 정보를 읽을 수 있으며 탐침에 전자 주입기능만을 부여함으로써 탐침을 간단히 제조할 수 있다. 또한 전류 검출방식이므로 고속으로 정보를 재생할 수 있으며 주변 회로 및 전체 시스템 구성이 용이하다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.
예를 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 복수의 자성층의 평행 또는 반평행에 따라 전자가 스핀 산란됨으로써 검출되는 전류값을 멀티 레벨로 설정하여 대용량의 정보를 제공할 수도 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자성매체의 장점은, 대용량의 메모리를 구현할 수 있다는 것이다.
또한 본 발명에 따른 자성매체를 재생하는 정보재생장치 및 방법의 장점은, 간단히 제조되는 탐침을 이용하여 열전자를 주입함으로써 고해상도 및 고속으로 자성매체의 정보를 재생할 수 있다는 것이다.
도 1은 미국특허 제6,304,481호에 개시된 정보저장장치를 보인 도면,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자성매체 및 정보재생장치를 간략히 보인 구성도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 자성매체 및 정보재생장치를 간략히 보인 구성도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 자성매체 및 정보재생장치를 간략히 보인 구성도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 자성매체 및 정보재생장치를 간략히 보인 구성도,
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 자성매체 및 정보재생장치를 간략히 보인 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
111, 121, 131, 141 ; 탐침 111a, 121a, 131a, 141a ; 팁
111b, 121b, 131b, 141b ; 캔티레버
113, 115b, 125b, 135b ; 비자성 금속층
123, 144, 154 ; 옥사이드층
115, 125, 135, 145, 155 ; 자성매체
115a, 125a, 135a, 145a, 155a ; 제2자성층
115c, 125c, 135c, 145c, 155c ; 제1자성층
115d, 125d, 135d, 145d, 155d ; 기판
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- 반도체 팁에 비자성 금속층이 캡핑된 쇼트키 접합을 통해 열전자를 방출하는 탐침;기판과, 상기 기판의 상부에 적층되는 제1자성층과, 상기 제1자성층의 상부에 적층되는 비자성층과, 상기 비자성층의 상부에 적층되고 상기 제1자성층의 자화방향에 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 제2자성층을 구비하는 자성매체;상기 탐침이 열전자를 방출하도록 전압을 인가하는 제어부; 및상기 제1 및 제2자성층의 자화방향의 평행 또는 반평행 상태에 따라 변화하는 상기 기록매체의 전류를 검출하여 상기 자성매체에 기록된 정보를 재생하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 열전자를 방출하는 반도체 팁을 구비하는 탐침;기판과, 상기 기판의 상부에 적층되는 제1자성층과, 상기 자성층의 상부에 적층되는 비자성층과, 상기 비자성층의 상부에 적층되고 상기 제1자성층의 자화방향에 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 제2자성층을 구비하는 자성매체;상기 탐침이 열전자를 방출하도록 전압을 인가하는 제어부; 및상기 제1 및 제2자성층의 자화방향의 평행 또는 반평행 상태에 따라 변화하는 상기 기록매체의 전류를 검출하여 상기 자성매체에 기록된 정보를 재생하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 전자가 터널링하며 열전자로 변화하는 옥사이드층이 캡핑된 반도체 팁을 구비하는 탐침;기판과, 상기 기판의 상부에 적층되는 제1자성층과, 상기 제1자성층의 상부에 적층되는 비자성층과, 상기 비자성층의 상부에 적층되고 상기 제1자성층의 자화방향과 평행 또는 반평행한 자화방향을 가지는 제2자성층을 구비하는 자성매체;상기 탐침이 열전자를 방출하도록 전압을 인가하는 제어부; 및상기 제1 및 제2자성층의 자화방향의 평행 또는 반평행 상태에 따라 변화하는 상기 기록매체의 전류를 검출하여 상기 자성매체에 기록된 정보를 재생하는 측정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1자성층의 하부에 비자성 금속층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제2자성층의 상부에 비자성 금속층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 제 12 항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 및 제2자성층은 수평자기이방성 또는 수직자기이방성을 가지는 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 및 제2자성층은 비트가 연속적인 박막층인 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 및 제2자성층은 층의 일부 또는 전체가 패터닝된 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 및 제2자성층은 비트가 나노입자로 이루어지는 박막층인 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 및 제2자성층은 복수의 자성층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 비자성층은 금속층인 것을 특징으로 하는 정보재생장치.
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- 탐침을 통해 열전자를 자성기록매체에 주입하는 제1단계;상기 열전자가 상기 자성기록매체의 제1 및 제2자성층의 평행 또는 반평행한 자화방향에 따라 산란되어 생성하는 전류를 검출하는 제2단계; 및상기 전류가 기준값을 초과하면 제1이진값으로 설정하고, 기준값 이하이면 제2이진값으로 설정하여 상기 자성매체의 정보를 재생하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 32 항에 있어서, 상기 자성기록매체는,기판;상기 기판 상부에 적층되는 제1자성층;상기 제1자성층의 상부에 적층되는 비자성층; 및상기 비자성층의 상부에 적층되고, 자화 방향이 상기 제1자성층의 자화방향에 평행 또는 반평행하게 변화하는 제2자성층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 33 항에 있어서, 상기 자성기록매체는,상기 제1자성층의 하부에 비자성 금속층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 33 항에 있어서, 상기 자성기록매체는,상기 제2자성층의 상부에 비자성 금속층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 탐침은 쇼트키 접합을 이루도록 비자성 금속층이 캡핑된 반도체 팁을 가지는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 탐침은 전자가 터널링하여 열전자로 형성되는 옥사이드층이 캡핑된 반도체 팁을 가지는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 탐침은 열전자를 방출하는 반도체 팁을 가지는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 33 항에 있어서, 상기 자성기록매체는,상기 제2자성층의 상부에 전자가 터널링하여 열전자로 변화하는 옥사이드층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 39 항에 있어서,상기 탐침은 도전성 팁을 가지는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 33 항에 있어서,상기 비자성층은 전자가 터널링하여 열전자로 변화하는 옥사이드층인 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
- 제 41 항에 있어서,상기 탐침은 도전성 팁을 가지는 것을 특징으로 하는 정보재생방법.
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