KR20030073773A - 정보 저장용 매체 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정보 저장용 매체(Media) 및 그의 제조방법에 관한 것으로, MgO 기판과; 상기 MgO기판 상부에 백금(Pt)으로 형성된 전극과; 상기 전극 상부에 형성된 PZT박막으로 구성함으로서, 정보 저장용 매체의 PZT박막에 방향성을 갖도록 하여, 적은 입계를 갖고, 기록밀도를 증가시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

정보 저장용 매체 및 그의 제조방법{Media for storing data and method for manufacturing the same}
본 발명은 정보 저장용 매체(Media) 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MgO 단결정 기판의 상부 백금(Pt)인 전극 및 PZT박막을 형성함으로서, 정보 저장용 매체의 PZT박막에 방향성을 갖도록 하여, 적은 입계를 갖고 기록밀도를 증가시킬 수 있는 정보 저장용 매체(Media) 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 스캐닝 탐침 현미경(Scanning Probe Microscope, SPM)을 이용한 데이터 저장 시스템은 크게 매체, 헤드 그리고 신호 처리부로 구성된다.
그중 매체는 시스템의 기록 및 재생 방식에 따라, 수많은 재료들이 사용되고 있으며, 특히, PZT와 같은 강유전체는 정전기력 현미경(Electrostatic Force Microscope, EFM)방식의 저장시스템에 사용되는 대표적인 재료이다.
정전기력 현미경 방식의 데이터 저장 시스템에 사용되는 PZT는 막 표면의 균일성과 원자 단위의 평탄도가 요구된다. 또한 기억된 정보가 오래도록 유지 될 수있는 보유(Retention) 특성도 중요하다.
PZT박막을 형성하는 방법은 이미 잘 알려진 물리기상증착(Phisical Vapor Deposition, PVD)방법이나 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)방법 등이 있는데, 이들 중, 졸겔(Sol-Gel)법은 막의 제조가 간단하고, 저렴한 비용으로 인해서 많은 각광을 받고 있다.
정전기력 현미경 방식의 데이터 저장 시스템의 구성 및 동작 원리는 다음과 같다. 먼저, 정전기력 현미경 방식의 데이터 저장 시스템은 헤드 부분에는 캔틸레버가 형성되어 있고, 그 끝에는 예리한 탐침이 달려있다. 그리고, 전기적 전도를 시키기 위해, 탐침의 표면을 금속으로 코팅하고, 이 금속을 신호처리부에 연결시켜 구성한다.
그리고, 시스템의 정보 기록 원리는 하부 전극이 형성되어 있는 PZT 매체(Media) 위에 도전성 있는 탐침을 접촉시킨다. 그러면, 탐침-PZT-하부 전극은 전기적으로 캐패시터 구조를 이루게 되고, 탐침에 전압을 인가하게 되면 그 전기장의 방향에 따라 PZT의 분극은 방향이 변하게 된다.
그러므로, 매체 표면의 원하는 곳에 탐침을 위치시키고, 그곳에 전압을 인가하여 분극을 일정 방향으로 정렬시키면, 이것이 1비트의 데이터를 기록하게 되는 것이다.
만일, 탐침에 전압을 인가하여 분극 방향이 위로 정렬되는 것을 '1'로 정의한다면, 탐침에 반대 전압을 인가하여 분극을 아래 방향으로 정렬시키면, 이는 '0'이 되는 것이다.
기록된 정보의 재생 원리는 팁을 박막 표면에 접근시키면, 팁 끝의 전하와 PZT표면의 전하 사이에 서로 정전기력(Electrostatic force)이 작용하게 되는데, 이 정전기력의 세기는 PZT표면의 분극 방향에 따라 달라지게 된다.
즉, 분극방향이 위 또는 아래일때, 탐침에 작용하는 정전기력이 다르므로, 이를 앰프(Amp)등을 이용하여 읽어 내는 것이다.
도 1은 종래의 정보 저장용 매체(Media)의 단면도로서, 실리콘 기판(10)위에 비정질의 실리콘 산화막(11)이 형성되어 있고, 그 실리콘 산화막(11)의 상부에 백금(Pt)으로 전극(12)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 전극(12)의 상부에 PZT박막(13)이 형성되어 있다.
이렇게 제작된 PZT 박막은 원형의 입자를 가지게 되며, 입자의 크기는 PZT의 조성에 따라 다르게 되는데, 대략 50㎚ ~ 2㎛사이이다.
도 2는 종래의 정보 저장용 매체(Media)의 PZT 박막 표면을 원자력 현미경(Atomic Force Microscope)으로 촬영한 사진으로서, 그레인(Grain)사이즈가 작은 PZT박막의 입자들이 무수히 많이 형성되어 있어, PZT박막은 상호 다른 방향의 분극들을 갖는 입자들로 구성되어 있음을 알 수 있다.
결국, 종래의 정전기력 현미경 데이터 저장 시스템용 매체(Media)에 적용된 PZT 박막은 무방향성을 갖는 박막이 형성되었으며, 이는, 전극의 재료인 백금이 비정질인 실리콘 산화막에 형성되므로, 무질서한 성장방향을 갖게 되어, 백금 위에 형성된 PZT박막도 무 방향성의 결정구조를 갖게되었다.
이런, 종래의 정전기력 현미경 데이터 저장 시스템의 매체(Media)에서 사용되는 PZT는 원형의 입자형태로 인하여 막의 표면은 굴곡을 이루게 되고, 입자와 입자의 경계면에 탐침이 위치해 있을 경우에 전기장이 충분히 가해지지 않거나, 또는 경계면에서는 분극이 존재하지 않아, 계면의 양측에 있는 입자들의 분극이 모두 전기장의 영향을 받아서, 기록되므로, 정보를 기록할 수 있는 비트의 사이즈가 커지는 결과가 발생한다.
결과적으로 단위 면적당 정보를 기록할 수 있는 밀도가 작아지게 되는 단점이 있었다.
도 3a는 현미경의 탐침에 전압을 인가하여 정전기력을 측정한 종래의 정보저장용 매체(Media)의 PZT 박막 사진으로서, 도 2에 도시된 구조를 갖는 종래의 정보 저장용 매체의 PZT 박막에 정전기력 현미경의 탐침으로 음전압을 인가하였다.
도 3a에 도시된 PZT 박막의 크기는 4x4 ㎛이고, 흰 점은 정전기력 현미경의 탐침으로 음전압이 인가된 부분이다. 그리고, 도 3a에 도시된 a-a'선에서 방출된 전압을 측정한 프로파일(Profile)을 도 3b에 도시하였다.
도 3a에서 'A'점에서 방출된 전압은 도 3b에 도시된 바와 같이, 피크(Peak)형으로 측정되었고, 그 측정된 프로파일의 폭이 0.157㎛로 정보를 기록할 수 있는 비트(Bit) 사이즈가 대체적으로 커서, 종래의 정보 저장용 매체는 단위 면적당 기록 밀도가 낮은 것을 알 수 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,MgO 단결정 기판의 상부 백금(Pt)인 전극 및 PZT박막을 형성함으로서, 정보 저장용 매체의 PZT박막에 방향성을 갖도록 하여, 적은 입계를 갖고 기록밀도를 증가시킬 수 있는 정보 저장용 매체(Media) 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, MgO 기판과;
상기 MgO기판 상부에 백금(Pt)로 형성된 전극과;
상기 전극 상부에 형성된 PZT박막으로 구성된 정보 저장용 매체가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, MgO 기판의 상부에 백금인 전극을 증착시키는 제 1 단계와;
상기 전극의 상부에 PZT 성분을 갖는 졸겔(Sol-gel) 공정용 용액을 도포하는 제 2 단계와;
상기 MgO기판을 고속으로 회전시켜 원심력에 의해, 전극 위에 도포된 용액이 얇게 퍼지도록 하는 제 3 단계와;
상기 얇게 형성된 용액에 열을 가하여, 용매 성분을 증발시키고, 하부 전극 위에는 고체 성분의 PZT박막을 형성시키는 제 4 단계로 이루어진 정보 저장용 매체 제조방법이 제공된다.
도 1은 종래의 정보 저장용 매체(Media)의 단면도이다.
도 2는 종래의 정보 저장용 매체(Media)의 PZT 박막 표면을 원자력 현미경(Atomic Force Microscope)으로 촬영한 사진이다.
도 3a는 현미경의 탐침에 전압을 인가하여 정전기력을 측정한 종래의 정보저장용 매체(Media)의 PZT 박막 사진이다.
도 3b는 도 3a의 a-a'선에서 방출된 전압을 측정한 프로파일(Profile)이다.
도 4는 본 발명에 따른 정보 저장용 매체의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 정보 저장용 매체에 XRD(X-Ray Diffraction) 패턴을 측정한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 정보 저장용 매체의 PZT 박막 표면을 원자력 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 7a는 현미경의 탐침에 전압을 인가하여 정전기력을 측정한 본 발명의 정보 저장용 매체(Media)의 PZT 박막 사진이다.
도 7b와 도 7c는 도 7a의 b-b'선과 c-c'선에서 방출된 전압을 측정한 프로파일(Profile)이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20 : MgO기판 21 : 전극
22 : PZT박막
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 정보 저장용 매체의 단면도로서, 먼저, 본 발명에서는 (100) 방향의 MgO 단결정을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이 MgO 단결정은 백금인 전극 및 PZT박막의 결정 격자 상수가 비슷하여 백금 및 PZT박막이 방향성을 갖으며 성장된다.
그러므로, MgO 기판(20)의 상부에 백금인 전극(21)을 스퍼터링 방법으로 증착시킨다. 이 때, MgO 기판(20)을 650℃ ~ 800℃로 가열하고, 10A/min ~ 30A/min의 증착속도로 백금을 증착한다.
여기서, (100) 방향의 MgO기판의 결정 격자 상수는 (200) 방향의 백금의 결정 격자 상수와 잘 일치하기 때문에, 잘 성장이 된다.
이후, 상기 백금인 전극(21)의 상부에 PZT 성분을 갖는 졸겔(Sol-gel) 공정용 용액을 도포하고, 고속으로 회전시켜 원심력에 의해, 전극 위에 도포된 용액이 얇게 퍼지도록 한다.
그리고, 얇게 형성된 용액에 적당한 열을 가하여, 여분의 용매 성분을 증발시키고, 하부 전극 위에는 고체 성분의 PZT박막(22)만 남도록 한다.
상기 용액도포에서 용매의 증발까지의 PZT박막 제조 공정을 수회 반복하여, 원하는 두께의 막을 얻는다. 이렇게 형성된 박막은 비정질 상태이므로, 이의 결정화를 위해 최종적으로 급속 열처리(RTA, Rapid Thermal Annealing) 방법으로 열처리를 한다.
이렇게 하여, 얻어진 PZT박막은 (001)방향의 결정 방향을 갖는다. 이것은MgO 기판의 영향을 받아서, (200)방향으로 성장된 백금과 격자 상수가 가장 잘 일치하는 PZT의 (001)방향으로 쉽게 성장되기 때문이다.
도 5는 본 발명에 따른 정보 저장용 매체에 XRD(X-Ray Diffraction) 패턴을 측정한 도면으로서, 10~40 각도로 도 4와 같은 정보 저장용 매체에 X-Ray를 조사하여, 20~80 각도로 회절된 강도는 PZT의 (001)방향에 대한 'D'피크, MgO기판의 (100)방향에 대한 'E'피크와, 백금(Pt)의 (200)방향에 대한 'F'피크가 존재하고, 다른 면 방향에 대한 피크는 보이지 않으므로, MgO기판 상부에 백금 및 PZT 박막이 모두 방향성 있게 형성된 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 정보 저장용 매체의 PZT 박막 표면을 원자력 현미경으로 촬영한 사진으로서, 본 발명의 정보 저장용 매체의 PZT박막에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 정보 저장용 매체의 PZT박막보다 큰 입자의 그레인(Grain)들이 넓게 분포되어 있고, 상대적으로 적은 입계를 나타내고 있다.
따라서, 본 발명의 정보 저장용 매체의 PZT박막에는 동일한 방향의 분극들을 갖는 입자들이 넓게 구성되어 있음을 알 수 있어, 기록밀도를 크게 할 수 있게 된다.
도 7a는 현미경의 탐침에 전압을 인가하여 정전기력을 측정한 본 발명의 정보 저장용 매체(Media)의 PZT 박막 사진으로서, 본 발명에서는 정전기력 현미경의 탐침으로 정보 저장용 매체의 PZT 박막에 양 전압을 인가하였다.
도 7a에 도시된, 검정색 점은 정전기력 현미경의 탐침으로 양전압이 인가된 부분이다. 그리고, 도 7a에 도시된 b-b'선에서 방출된 전압을 측정한프로파일(Profile)을 도 7b에 도시하였고, 도 7a에 도시된 c-c'선에서 방출된 전압을 측정한 프로파일을 도 7c에 도시하였다.
도 7a에 도시된 b-b'선의 'B'점과 'C'점에서 방출된 전압은 도 7b에 도시된 바와 같이, 골(Valley)형으로 측정되었고, 그 측정된 프로파일의 폭은 0.107㎛와 0.0917㎛로 정보를 기록할 수 있는 비트(Bit) 사이즈가 도 3b에 도시된 바와 같이, 종래의 정보 저장용 매체의 PZT박막보다 작아져서, 본 발명의 정보 저장용 매체는 단위 면적당 기록 밀도가 높은 것을 알 수 있다.
그리고, 도 7a에 도시된 c-c'선의 'M'점과 'N'점에서 방출된 전압은 도 7c에 도시된 바와 같이, 골(Valley)형으로 측정되었고, 그 측정된 프로파일의 폭은 0.0917㎛와 0.0926㎛로 정보를 기록할 수 있는 비트(Bit) 사이즈가 작아, 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 정보 저장용 매체는 단위 면적당 기록 밀도를 높일 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 정보 저장용 매체의 PZT박막에 방향성을 갖도록 하여, 적은 입계를 갖고 기록밀도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

  1. MgO 기판과;
    상기 MgO기판 상부에 백금(Pt)으로 형성된 전극과;
    상기 전극 상부에 형성된 PZT박막으로 구성된 것을 특징으로 하는 정보 저장용 매체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 MgO기판은 (100)의 면방향을 갖고 있고,
    상기 백금은 (200)의 면방향을 갖고 있으며,
    상기 PZT는 (001)의 면방향을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 정보 저장용 매체.
  3. MgO 기판의 상부에 백금인 전극을 증착시키는 제 1 단계와;
    상기 전극의 상부에 PZT 성분을 갖는 졸겔(Sol-gel) 공정용 용액을 도포하는 제 2 단계와;
    상기 MgO기판을 고속으로 회전시켜 원심력에 의해, 전극 위에 도포된 용액이 얇게 퍼지도록 하는 제 3 단계와;
    상기 얇게 형성된 용액에 열을 가하여, 용매 성분을 증발시키고, 하부 전극 위에는 고체 성분의 PZT박막을 형성시키는 제 4 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 정보 저장용 매체의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 단계의 MgO 기판의 상부에 백금인 전극을 증착시키는 것은, MgO 기판을 650℃ ~ 800℃로 가열하고, 10A/min ~ 30A/min의 증착속도로 백금을 증착시키는 것을 특징으로 하는 정보 저장용 매체의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 4 단계후에, 급속 열처리(RTA, Rapid Thermal Annealing) 방법으로PZT박막을 열처리하는 단계가 더 구비된 것을 특징으로 하는 정보 저장용 매체의 제조방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 제 4 단계까지의 PZT박막 제조 공정을 적어도 2번 이상 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 정보 저장용 매체의 제조방법.
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