KR20040036379A - Nano data storage system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노 정보 저장 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 인가 전압의 방향에 따라 강유전체의 분극이 반전되며 전기장이 없는 상태에서도 일정한 양의 잔류 분극이 남아 있으며, 이 잔류 분극의 상태에 따라 전압 인가시 반전 전류의 대소를 이용하여 기록 및 재생이 가능하여 고밀도로 정보를 기록 및 재생할 수 있고, 시스템을 소형화시킬 수 있는 나노 정보 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-information storage system, and in detail, the polarization of the ferroelectric is inverted according to the direction of the applied voltage, and a certain amount of residual polarization remains even in the absence of an electric field. The present invention relates to a nano-information storage system capable of recording and reproducing by using the magnitude of an inversion current so that information can be recorded and reproduced with high density and the system can be miniaturized.
일반적으로 정보 저장 장치는 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive, HDD)의 발전과 함께 DRAM(Dynamic Random Access Memory), 플래시 메모리(Fresh memory)등과 같은 반도체 메모리 위주로 많은 개발과 발전이 이루어져 왔다.In general, with the development of hard disk drives (HDDs), information storage devices have been developed and developed around semiconductor memories such as dynamic random access memory (DRAM) and flash memory.
최근에 이들 정보 저장 소자의 한계가 드러남에 따라 SPM(Scanning Probe Microscope)방식의 정보 저장 시스템이 개발되기 시작하였다.Recently, as the limitations of these information storage devices have been revealed, information storage systems using a scanning probe microscope (SPM) method have been developed.
이는 기록 및 재생 방식 따라 여러 다른 방식으로 분류되며, 대표적으로 EFM(Electrostatic Force Microscope), STM(Scanning Tunneling Microscope), FMM(Force Modulation Microscope)와 열기계적(Thermomechnical)방식 있으며, 각각의 방식은 저마다 장단점을 가지고 있다.These are categorized into different methods according to recording and playback methods, and are representative of Electrostatic Force Microscope (EMF), Scanning Tunneling Microscope (STM), Force Modulation Microscope (FMM), and Thermomechnical, each of which has advantages and disadvantages. Have
SPM 방식의 정보저장 장치는 현재 실용화를 위한 연구개발이 진행 중에 있는 상태이며, 이들 중 가장 많은 진전을 보이고 있는 방식은 열기계적 방식의 저장 장치이다.The SPM type information storage device is currently undergoing research and development for practical use, and the most progressing method among them is a thermomechanical storage device.
이는, 고분자 재료를 매체로 사용하고 히터(Heater)가 장착된 탐침을 사용하여 열을 가하여 매체 표면의 국소 부위를 녹여서 굴곡을 내는 기록 방식을 사용한다.This uses a recording method in which a polymer material is used as a medium and heat is applied using a probe equipped with a heater to melt local portions of the surface of the medium to bend.
또한, 재생은 열을 가한 탐침이 매체 표면의 굴곡을 지날 때와 평평한 부분을 지날 때의 열전도도(Thermal conductance)의 차이를 검출해 내는 방식을 사용한다.Regeneration also uses a method that detects the difference in thermal conductance between the heated probe as it passes through the curve of the media and through the flat portion.
이러한 방식은 전력 소모가 많다는 단점이 있다. 그리고 한번 저장된 정보의 소거(Erasing) 및 재기록(Rewriting)이 곤란한 문제점이 있다.This approach has the disadvantage of high power consumption. In addition, there is a problem in that erasing and rewriting of the information once stored is difficult.
SPM 방식은 고밀도의 정보 용량을 구현할 수 있으나, 속도가 느리고 진공 중에서 동작 시켜야 한다.SPM method can realize high density information capacity, but it should be slow and operate in vacuum.
도 1은 종래 기술에 따른 EFM 방식의 정보 저장 시스템의 개략적인 구성도로써, 먼저, 실리콘 기판(11)의 상부에 절연체(12), 하부전극(13)과 PZT층(14)이 순차적으로 적층된 매체(10)의 PZT층(14)에 캔틸레버(22)의 도전성 탐침(21)을 접촉시킨다.1 is a schematic configuration diagram of an EFM type information storage system according to the prior art. First, an insulator 12, a lower electrode 13, and a PZT layer 14 are sequentially stacked on an upper surface of a silicon substrate 11. The conductive probe 21 of the cantilever 22 is brought into contact with the PZT layer 14 of the prepared medium 10.
그러면, 탐침(21)-매체(10)의 PZT층(14)-하부전극(13)은 교류전원(30)에 연결된 하나의 캐패시터 구조를 이루게 되며, 탐침(21)에 교류 전압을 가하게 되면그 전기장의 방향에 따라 PZT층(14)의 분극은 방향이 변하게 된다.Then, the PZT layer 14 and the lower electrode 13 of the probe 21 and the medium 10 form a capacitor structure connected to the AC power source 30, and when an AC voltage is applied to the probe 21, The polarization of the PZT layer 14 changes in direction depending on the direction of the electric field.
이 때, 상기 PZT층(14)의 분극을 일정 방향으로 정렬시키면, 이것이 1 비트(bit)의 정보를 기록하게 되는 것이다.At this time, if the polarization of the PZT layer 14 is aligned in a certain direction, this will record 1 bit of information.
만일, 상기 탐침(21)에 일정한 전압을 인가하여 분극의 방향을 위로 정렬시킨 후 이것을 '1'로 정의한다면, 상기 탐침(21)에 반대 전압을 인가하여 분극을 아래 방향으로 정렬시키면 이는 '0'이 되는 것이다.If, after applying a constant voltage to the probe 21 to align the direction of the polarization up and defining this as '1', if the polarization is aligned by applying a reverse voltage to the probe 21 it is '0' To be.
그리고, 기록된 정보의 재생 원리는 탐침(21)을 PZT층(14) 표면에 접근시키면, 탐침(21) 끝의 원자와 PZT층(14) 표면의 원자 사이에 서로 정전기력(Electrostatic force)이 작용하게 되는데, 이 정전기력의 세기는 PZT층(14) 표면의 분극 방향, 즉, 매체(10)에 정보가 저장된 상태에 따라 달라지게 된다.In addition, the principle of reproducing the recorded information is that when the probe 21 approaches the surface of the PZT layer 14, an electrostatic force is applied between the atoms at the tip of the probe 21 and the atoms of the surface of the PZT layer 14. The strength of the electrostatic force depends on the polarization direction of the surface of the PZT layer 14, that is, the state in which information is stored in the medium 10.
이 때, 매체(10)에 정보가 저장된 상태에 따라 탐침(21)에 작용하는 정전기력의 변화는 캔틸레버(22)의 휘어짐으로 표현된다.At this time, the change in the electrostatic force acting on the probe 21 according to the state in which the information is stored in the medium 10 is represented by the bending of the cantilever 22.
상기 캔틸레버(22)의 휘어짐이 발생할 경우에, 레이저 다이오드(Laser diode)(35)에서 캔틸레버(22)의 상단에 레이저광을 조사하여, 상기 캔틸레버(22)의 상단에서 반사된 레이저광을 광 검출기(Photo detector)(36)에서 검출하고, 휘어짐의 변위에 해당하는 신호를 상기 광 검출기(36)에서 출력한다.When bending of the cantilever 22 occurs, a laser diode is irradiated to the upper end of the cantilever 22 by a laser diode 35 to detect the laser light reflected from the upper end of the cantilever 22. The photo detector 36 detects and outputs a signal corresponding to the deflection of the warp from the photo detector 36.
이런 광 검출기(36)의 출력신호는 EFM신호, AFM신호와 LFM(Lateral Force Microscope)신호 등을 포함하고 있으므로, 이를 EFM신호만을 추출할 수 있는 락인 증폭기(Lock-in Amplifier)(42)에 통과시켜 EFM 이미지를 추출함으로써, 정보를 재생할 수 있게 된다.Since the output signal of the photodetector 36 includes an EFM signal, an AFM signal, and a LFM (Lateral Force Microscope) signal, the output signal passes through a lock-in amplifier 42 that can extract only the EFM signal. Information can be reproduced by extracting the EFM image.
그리고, 상기 광 검출기(36)의 출력신호는 증폭기 및 AD 컨버터(41)로도 입력되어, 상기 증폭기 및 AD 컨버터(41)에서 증폭되고, 디지털로 변화되어 디스플레이 화면에 매체(10)의 표면을 표시하기 위한 토포그래픽(Topographic) 이미지로 출력된다.The output signal of the photodetector 36 is also input to an amplifier and an AD converter 41, amplified by the amplifier and the AD converter 41, and digitally changed to display the surface of the medium 10 on a display screen. It is output as a topographic image.
더불어, 상기 광 검출기(36)의 출력신호는 피드백 회로(43)에도 입력된다.In addition, the output signal of the photodetector 36 is also input to the feedback circuit 43.
이 때에는, 캔틸레버 어레이들의 높이가 일정하지 않은 경우, 피드백 회로(43)는 상기 광 검출기(36)의 출력신호를 입력받아, 높이 보정이 필요한 캔틸레버의 튜브 스캐너(23)(일종의 엑츄에이터)로 전압을 인가하여, 해당 캔틸레버의 매체와의 높이를 보정할 수 있게 된다.At this time, when the heights of the cantilever arrays are not constant, the feedback circuit 43 receives the output signal of the photodetector 36 and sets the voltage to the tube scanner 23 (a kind of actuator) of the cantilever that needs height correction. When applied, the height of the cantilever with the medium can be corrected.
이러한 EFM 정보 저장 시스템은 기록 및 재생이 용이하고, 저 전력 소모 등의 장점이 있으나, 장치의 대형화, 구동 회로부의 복잡성, PZT를 이용한 매체(Media)의 유지 손실(Retention loss)등의 단점이 있다.Such an EFM information storage system has advantages such as easy recording and reproducing, low power consumption, etc., but has disadvantages such as an increase in size of a device, complexity of a driving circuit, and retention loss of media using PZT. .
그 중 가장 큰 단점은 시스템의 대형화인데, 이것은 차세대 정보 저장 매체의 요구 조건중의 하나인 소형 대용량, 이동성(휴대성)에 정면으로 배치되는 치명적인 것이다.One of the biggest drawbacks is the larger size of the system, which is fatal to face the small capacity, mobility (portability) of one of the requirements of the next generation information storage media.
이렇게, 장치의 대형화의 주요 원인은 EFM 방식의 특성상 락인 증폭기를 사용해야 한다는데 원인이 있다.Thus, the main reason for the enlargement of the device is that the lock-in amplifier must be used due to the characteristics of the EFM method.
이는 매체에 일정한 주파수를 갖는 교류 전압을 인가하여야 하고, 광 검출기에서 출력되는 탐침의 변형 신호 중에서도 인가전압의 주파수와 동일한 주파수를갖는 신호만을 검출해 내야 하기 때문이다.This is because an AC voltage having a constant frequency must be applied to the medium, and only signals having a frequency equal to the frequency of the applied voltage should be detected among the modified signals of the probe output from the photodetector.
따라서, 종래의 나노 정보 저장 시스템은 각 구성부품을 모노리틱(Monolithic)하게 집적화하기 곤란하며, 구동 회로부가 대형화되는 문제점이 있다.Therefore, the conventional nano information storage system is difficult to monolithically integrate each component, and there is a problem in that the driving circuit portion is enlarged.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인가 전압의 방향에 따라 강유전체의 분극이 반전되며, 전기장이 없는 상태에서도 일정한 양의 잔류 분극이 남아 있으며, 이 잔류 분극의 상태에 따라 전압 인가시 반전 전류의 대소를 이용하여 기록 및 재생이 가능한 새로운 고밀도 정보 저장 장치를 구현할 수 있는 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems described above, the polarization of the ferroelectric is inverted according to the direction of the applied voltage, a certain amount of residual polarization remains even in the absence of an electric field, the state of this residual polarization Accordingly, there is a purpose to implement a new high-density information storage device capable of recording and reproducing by using the magnitude of inversion current when voltage is applied.
더불어, 락인 증폭기를 사용하지 않는 기록/재생 방식을 채택함으로써, 시스템을 소형화시킬 수 있는 다른 목적도 있다.In addition, by adopting a recording / reproducing method that does not use a lock-in amplifier, there is another object that can make the system smaller.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 강유전체층과 하부전극을 포함하는 매체(110)와;According to a preferred aspect of the present invention, there is provided a medium including a ferroelectric layer and a lower electrode;
상기 매체(110)의 강유전체층에 접촉되는 탐침(121)을 구비한 캔틸레버(122)와;A cantilever 122 having a probe 121 in contact with the ferroelectric layer of the medium 110;
상기 탐침(121)과 상기 매체(110)의 하부전극에 각각 연결되어, 매체(110)에 정보를 기록 및 재생하도록, 상기 탐침에 전압을 인가하고, 상기 매체(110)를 통하여 측정된 전류값으로 전압을 출력하는 신호처리부(160)로 구성된 나노 정보 저장 시스템이 제공된다.A voltage is applied to the probe and connected to the probe 121 and the lower electrode of the medium 110 to apply a voltage to the probe so as to record and reproduce information on the medium 110. A nano information storage system including a signal processor 160 for outputting a voltage is provided.
도 1은 종래 기술에 따른 EFM 방식의 정보 저장 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of an EFM type information storage system according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 강유전체를 사용한 나노 정보 저장 시스템의 개략적인 구성도이다.2 is a schematic configuration diagram of a nano information storage system using a ferroelectric according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 강유전체 매체의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a ferroelectric medium according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 캔틸레버와 탐침의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the cantilever and probe according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 신호처리부가 동작되는 플로우챠트이다.5 is a flowchart in which a signal processing unit according to the present invention is operated.
도 6은 본 발명에 따라 매체에 고용된 강유전체의 전압과 분극의 이력 특성 곡선도이다.6 is a hysteresis curve plot of the voltage and polarization of a ferroelectric solution dissolved in a medium according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 나노 정보 저장 시스템의 재생 동작도이다.7 is a reproduction operation diagram of the nano information storage system according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10,110 : 매체 11,111 : 실리콘 기판10,110 medium 11,111 silicon substrate
12,112 : 절연체 13,113 : 하부전극12,112: insulator 13,113: lower electrode
14 : PZT층 21,121 : 탐침14: PZT layer 21,121: probe
22,122 : 캔틸레버 23,123 : 튜브 스캐너22,122: cantilever 23,123: tube scanner
30 : 교류전원 35,135 : 레이저 다이오드30: AC power 35,135: laser diode
36,136 : 광 검출기 41,141 : 증폭기 및 AD 컨버터36,136: photodetector 41,141: amplifier and AD converter
42 : 락인증폭기(Lock-in Amplifier) 43,143 : 피드백 회로42: lock-in amplifier 43,143: feedback circuit
114 : 강유전체층 123 : 도전성 코팅막114: ferroelectric layer 123: conductive coating film
130 : 광조사 및 검출부 160 : 신호처리부130: light irradiation and detection unit 160: signal processing unit
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 강유전체를 사용한 나노 정보 저장 시스템의 개략적인 구성도로써, 강유전체층과 하부전극을 포함하는 매체(110)와; 상기 매체(110)의 강유전체층에 접촉되는 탐침(121)을 구비한 캔틸레버(122)와; 상기 탐침(121)과 상기 매체(110)의 하부전극에 각각 연결되어, 매체(110)에 정보를 기록 및 재생하도록, 상기 탐침에 전압을 인가하고, 상기 매체(110)를 통하여 측정된 전류값으로 전압을 출력하는 신호처리부(160)로 구성하여 기본적인 나노 정보 저장 시스템을 구현한다.2 is a schematic configuration diagram of a nano information storage system using a ferroelectric according to the present invention, and includes a medium 110 including a ferroelectric layer and a lower electrode; A cantilever 122 having a probe 121 in contact with the ferroelectric layer of the medium 110; A voltage is applied to the probe and connected to the probe 121 and the lower electrode of the medium 110 to apply a voltage to the probe so as to record and reproduce information on the medium 110. By configuring the signal processing unit 160 to output a voltage to implement a basic nano information storage system.
여기에, 상기 캔틸레버(122)는 튜브 스캐너(123)를 더 구비하며; 상기 캔틸레버(122)의 상단에 광을 조사하고, 반사된 광을 검출하는 광 조사 및 검출부(130)와; 상기 광 조사 및 검출부(130)에 연결되어, 검출된 광에 대한 출력신호를 증폭 및 디지털로 변경하고 토포그래픽 이미지를 출력하는 증폭기 및 AD 컨버터(141)와; 상기 광 조사 및 검출부(130)와 튜브 스캐너(123)에 연결되어 높이 보정이 필요한 캔틸레버의 튜브 스캐너(123)로 전압을 인가할 수 있는 피드백 회로(143)를 더 구비하여 구성할 수도 있다.The cantilever 122 further includes a tube scanner 123; A light irradiation and detector 130 for irradiating light on the upper end of the cantilever 122 and detecting the reflected light; An amplifier and an AD converter 141 connected to the light irradiation and detection unit 130 for amplifying and digitally converting an output signal of the detected light and outputting a topographic image; It may be configured to further include a feedback circuit 143 connected to the light irradiation and detection unit 130 and the tube scanner 123 to apply a voltage to the tube scanner 123 of the cantilever that needs height correction.
여기서, 상기 광 조사 및 검출부(130)는 레이저 다이오드(135)와 광 검출기(136)로 구성된다.Here, the light irradiation and detection unit 130 is composed of a laser diode 135 and a photo detector 136.
더불어, 도 3을 참조하여, 상기 매체(110)는 실리콘 기판(111)의 상부에 절연체(112), 하부전극(113), 강유전체층(114)을 순차적으로 적층하여 형성하는 것이 바람직하다.In addition, referring to FIG. 3, the medium 110 may be formed by sequentially stacking an insulator 112, a lower electrode 113, and a ferroelectric layer 114 on the silicon substrate 111.
그리고, 도 4를 참조하여, 캔틸레버(122)에는 탐침(121)의 외측을 감싸서, 캔틸레버(122)의 하부까지 연장된 도전성 코팅막(123)을 더 형성하는 것이 바람직하다.In addition, referring to FIG. 4, the cantilever 122 may further surround the outside of the probe 121 to further form a conductive coating film 123 extending to the lower portion of the cantilever 122.
이는 탐침(121)의 끝단이 도전성 코팅막(123)으로 도전성을 유지할 수 있으며, 도전성 코팅막(123)은 전술된 신호처리부(160)와 전기적으로 연결되어 있다.The tip of the probe 121 may maintain conductivity with the conductive coating layer 123, and the conductive coating layer 123 is electrically connected to the signal processor 160 described above.
이와 같이, 본 발명은 종래의 EFM 방식의 정보 저장 시스템에서 락인 증폭기를 제거하여 나노 정보 저장 시스템을 구현함으로써, 시스템을 소형화시킬 수 있는 것이 장점이다.As described above, the present invention is advantageous in that the system can be miniaturized by removing the lock-in amplifier in the conventional EFM information storage system to implement the nano information storage system.
이렇게 구성된 본 발명의 나노 정보 저장 시스템은 먼저, 전기장의 방향에 따라 분극이 반전되고 전기장을 제거했을 때, 기 방향의 분극이 계속 유지되는 특성을 갖는 강유전체층을 포함하는 매체를 고용하며, 이 두 방향의 잔류 분극 상태, +Pr와 -Pr를 이용하여 '0' 또는 '1'의 정보를 기록할 수 있다.The nano-information storage system of the present invention configured as described above first employs a medium including a ferroelectric layer having a property that polarization is reversed according to the direction of the electric field and the polarization in the direction of the air is maintained when the electric field is removed. The information of '0' or '1' can be recorded using the residual polarization state of the direction, + Pr and -Pr.
그리고, 정보의 재생은 정렬된 강유전체층의 잔류 분극값인 Pr 값을 도전성 탐침으로 측정함으로써 가능하다.The information can be reproduced by measuring the Pr value, which is the residual polarization value of the aligned ferroelectric layer, with a conductive probe.
그러므로, 기록된 분극의 방향에 따라 Pr도 달라지므로 Pr를 측정하면, '0' 또는 '1'의 정보를 구분해 낼 수 있다.Therefore, since Pr also varies according to the direction of the recorded polarization, the measurement of Pr can distinguish the information of '0' or '1'.
여기서, 강유전체층의 Pr값 단위는 단위 면적당 잔류 전하량(μC/cm2)이므로강유전체층에 흐르는 전류를 적분하면 전하량을 측정할 수 있다.Here, since the Pr value unit of the ferroelectric layer is the residual charge amount (μC / cm 2 ) per unit area, the charge amount can be measured by integrating the current flowing in the ferroelectric layer.
따라서, 본 발명의 나노 정보 저장 시스템이 기록된 정보를 재생시킬 때를, 도 2와 5를 참조하여 설명하면, 상기 탐침(121)을 강유전체층(114)의 표면에 접근시키고, 신호처리부(160)에서 탐침(121)으로 전압을 인가한다.Therefore, when the nano-information storage system of the present invention reproduces the recorded information, referring to Figs. 2 and 5, the probe 121 approaches the surface of the ferroelectric layer 114, and the signal processor 160 ) Is applied to the probe 121.
그러면, 상기 신호처리부(160)에서는 매체(110)의 강유전체층에 기록된 정보에 따라 다른 전류값이 측정된다.Then, the signal processor 160 measures different current values according to the information recorded in the ferroelectric layer of the medium 110.
이 때, 상기 신호처리부(160)는 측정된 전류값을 증폭하고, 증폭된 전류값을 적분하여, 기록된 정보에 따른 전압을 출력하게 된다.At this time, the signal processor 160 amplifies the measured current value, integrates the amplified current value, and outputs a voltage according to the recorded information.
한편, 본 발명의 나노 정보 저장 시스템에 더 추가되는 증폭기 및 AD 컨버터(141)는 매체 표면의 사진을 화면에 표시하기 위한 토포그래픽 이미지를 출력하는데 이용되고, 피드백 회로(143)는 어레이된 캔틸레버의 높이를 보정하는데 필요한 것이다.On the other hand, the amplifier and AD converter 141 further added to the nano-information storage system of the present invention is used to output a topographic image for displaying a picture of the surface of the medium on the screen, the feedback circuit 143 of the arrayed cantilever This is necessary to correct the height.
도 6은 본 발명에 따라 매체에 고용된 강유전체의 전압과 분극의 이력 특성 곡선도로써, 초기 상태의 강유전체 내부의 분극들은 무질서한 방향으로 분포해 있기 때문에 실제 분극값은 '0' 이다.(A 위치)Fig. 6 is a hysteresis characteristic curve of the voltage and polarization of a ferroelectric solution in a medium according to the present invention. Since the polarizations inside the ferroelectric in the initial state are distributed in a disordered direction, the actual polarization value is '0'. )
그리고, 강유전체에 전압을 인가하면, 초기에 무질서한 방향으로 분포되어 있던 내부의 분극들이 전기장의 방향으로 정렬하기 시작한다.When voltage is applied to the ferroelectric, the internal polarizations initially distributed in the disordered direction begin to align in the direction of the electric field.
그 결과, 분극량이 증가하는 것이다. 일정 전기장 이상에서는 분극량은 더 이상 증가하지 않고 일정한 값을 나타낸다.(B 위치)As a result, the amount of polarization increases. Above a certain electric field, the polarization amount no longer increases but shows a constant value (B position).
이때의 분극 값을 포화 분극이라 한다.The polarization value at this time is called saturation polarization.
그 후, 전기장을 감소시키면 분극값이 점점 작아지나, 전기장을 0으로 제거하여도 분극값은 없어지지 않고 일정한 값을 유지하게 된다.(C 위치)After that, when the electric field is reduced, the polarization value becomes smaller, but the polarization value does not disappear even when the electric field is removed to 0. (C position)
이때의 분극값을 잔류 분극(+Pr)이라 한다.The polarization value at this time is referred to as residual polarization (+ Pr).
만일, 잔류 분극을 완전히 제거하고 싶으면 전기장의 방향을 반대로 일정한 양만큼 인가해 주면 된다.(D 위치)If you want to completely remove the residual polarization, you can apply a certain amount of direction in the reverse direction of the electric field. (D position)
이와 같이 잔류분극을 완전히 없애기 위한 필요한 전기장을 항전계라고 한다.The necessary electric field to completely eliminate residual polarization is called a constant electric field.
다시 항전계 이상으로 전기장을 인가하면, 분극은 반전하여 반대 방향으로 분극량이 증가하기 시작하여 포화된다.(E 위치)When the electric field is applied again beyond the constant electric field, the polarization reverses and the amount of polarization begins to increase in the opposite direction and is saturated (position E).
그 후, 전기장을 제거하면, 처음과는 반대 방향의 잔류분극(-Pr)이 남게 된다.(F 위치)Subsequently, when the electric field is removed, the residual polarization (-Pr) in the opposite direction to the beginning remains. (F position)
이와 같이 전압을 '0' → '+' →'0' →'-' →'0' 으로 인가하게 되면, 전압에 대한 분극의 곡선은 도 6과 같이 히스테리시스 곡선(Hysteresis curve)을 그리게 되고 전압을 제거했을 때, 최종 분극의 상태는 +Pr 또는 -Pr의 상태로 남게 된다.When the voltage is applied as '0' → '+' → '0' → '-' → '0', the polarization curve for the voltage shows a hysteresis curve as shown in FIG. When removed, the final polarization state remains in + Pr or -Pr state.
본 발명의 나노 정보 저장 시스템은 이와 같이 강유전체에 전압을 인가한 후 제거했을 때, +Pr 또는 Pr의 잔류 분극 상태로 남아있는 것을 이용한 것이다.The nano-information storage system of the present invention utilizes the residual polarization of + Pr or Pr when the voltage is applied to the ferroelectric and then removed.
보다 상세히, 본 발명의 나노 정보 저장 시스템의 강유전체에서 기록 및 재생과정을 설명하면, 기본적으로, 강유전체의 +Pr 상태를 "0"으로 정의하고, -Pr 상태를 "1"로 정의하며, 각각의 분극량을 구분하여 측정해 내는 것이다.In more detail, the recording and reproducing process in the ferroelectric of the nano-information storage system of the present invention, basically, the + Pr state of the ferroelectric is defined as "0", the -Pr state is defined as "1", respectively The polarization amount is measured separately.
먼저, 기록 동작을 하기 위해서는 단지 강유전체 매체 표면의 원하는 위치에 탐침을 접촉시켜 전기장을 인가한 후 제거하는 것이다.First, the recording operation is performed by applying an electric field by simply touching the probe to a desired position on the surface of the ferroelectric medium and then removing it.
이때, 전기장의 방향에 따라 "1" 또는 "0"이 기록이 되는 것이다.At this time, "1" or "0" is recorded depending on the direction of the electric field.
여기서, 전기장을 인가할 때 분극이 반전될 수 있도록 항전계 이상의 전기장을 가해 주어야 한다.Here, when applying an electric field, an electric field of more than a constant field should be applied so that polarization may be reversed.
예를 들어, 탐침에 + 전압을 인가한 후 제거하면, 강유전체 매체의 내부 분극은 + Pr 상태인 도 6에 도시된 C의 값을 가지게 된다.For example, if a positive voltage is applied to the probe and then removed, the internal polarization of the ferroelectric medium will have a value of C shown in FIG.
이것을 정보 "0"의 기록 동작이라 할 수 있다.This can be referred to as recording operation of information " 0 ".
반대로, 탐침에 - 전압을 인가한 후 제거하면, 분극은 도 6의 F에 해당하는 -Pr값을 가지게 된다.On the contrary, if − voltage is applied to the probe and then removed, the polarization has a −Pr value corresponding to F of FIG. 6.
이는 "1"의 기록 동작이 된다. 이것으로 임의방향의 전압인가에 따라 원하는 정보를 기록할 수 있다.This becomes a recording operation of "1". This makes it possible to record desired information depending on the application of voltage in an arbitrary direction.
다음에, 재생 동작에 대하여 알아보면 도 7과 같다.Next, the playback operation will be described with reference to FIG.
재생 동작은 임의의 잔류 분극 상태에 있는 매체의 분극값을 측정하면 된다.The regeneration operation may be performed by measuring the polarization value of the medium in any residual polarization state.
먼저, 탐침에 일정한 전압을 인가하면 캐패시터(Capacitor)구조를 이루고 있는 강유전체 매체는 기록된 상태, 즉 +Pr 또는 -Pr인 잔류 분극의 상태에 따라 분극의 반전 또는 비반전하게 된다.First, when a constant voltage is applied to the probe, the ferroelectric medium having a capacitor structure is inverted or non-inverted depending on the recorded state, that is, the state of residual polarization of + Pr or -Pr.
여기서, '0'의 정보가 기록된 +Pr 잔류 분극 상태(C점)는 탐침에 인가된 전압으로 포화상태(B점)가 되면서 반전 전류가 흐르고, 반전 전류에 의해서, '0'정보를 검출하게 된다.Here, the + Pr residual polarization state (point C) in which the information of '0' is recorded becomes a saturation state (point B) with the voltage applied to the probe, and the inversion current flows, and the '0' information is detected by the inversion current. Done.
또한, '1'의 정보가 기록된 -Pr 잔류 분극 상태(F점)는 탐침에 인가된 전압으로 포화상태(B점)가 되면서 비반전 전류가 흐르며, 비반전 전류에 의해서, '1'정보를 검출하게 된다.In addition, the -Pr residual polarization state (point F) in which the information of '1' is recorded becomes a saturation state (point B) with the voltage applied to the probe while the non-inverting current flows, and the '1' information is generated by the non-inverting current. Will be detected.
이때, 두 전류의 양은 도 7에서와 같이 다르게 나타난다. 발생된 전류는 신호처리부에서 증폭된 후, 적분된다.At this time, the amounts of the two currents are different as shown in FIG. The generated current is amplified by the signal processor and then integrated.
일정 시간 동안 적분된 전류는 전하량을 나타내므로 전하량을 다시 전압으로 전환됨으로 상기 신호처리부는 전압이 출력된다.Since the current integrated for a certain time represents the amount of charge, the amount of charge is converted back to voltage, so that the signal processor outputs a voltage.
이 때, 반전 또는 비반전 전류의 크기가 다르므로, 이에 따른 출력 전압의 차를 구분 할 수 있다.At this time, since the magnitude of the inverted or non-inverted current is different, it is possible to distinguish the difference in the output voltage.
이와 같은 방법으로 +Pr 또는 Pr 상태의 분극량을 측정해 내면 기록된 정보를 재생 할 수 있게 된다.By measuring the polarization amount in the + Pr or Pr state in this way, the recorded information can be reproduced.
이상과 같이 강유전체를 포함한 매체의 전압에 대한 분극의 이력 특성과 잔류 분극값을 이용한 기록 및 재생 방법으로 구성이 간단하고 동작이 용이한 새로운 방식의 고밀도 정보 저장 장치의 구현이 가능하다.As described above, the recording and reproducing method using the hysteresis characteristic of the polarization of the medium including the ferroelectric and the residual polarization value enables the implementation of a new high-density information storage device having a simple configuration and easy operation.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 인가 전압의 방향에 따라 강유전체의 분극이 반전되며 전기장이 없는 상태에서도 일정한 양의 잔류 분극이 남아 있으며, 이 잔류 분극의 상태에 따라 전압 인가시 반전 전류의 대소를 이용하여 기록 및 재생이 가능하여 고밀도로 정보를 기록 및 재생할 수 있고, 시스템을 소형화시킬 수 있는 효과가 발생한다.As described in detail above, in the present invention, the polarization of the ferroelectric is inverted according to the direction of the applied voltage, and a certain amount of residual polarization remains even in the absence of an electric field. By using the recording and reproducing, the information can be recorded and reproduced with high density and the system can be miniaturized.
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.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
Claims (4)
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| KR1020020065385A KR20040036379A (en) | 2002-10-25 | 2002-10-25 | Nano data storage system |
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| KR20040036379A true KR20040036379A (en) | 2004-04-30 |
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Family Applications (1)
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| KR1020020065385A KR20040036379A (en) | 2002-10-25 | 2002-10-25 | Nano data storage system |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100682956B1 (en) * | 2006-01-09 | 2007-02-15 | 삼성전자주식회사 | Method for reproducing information using semiconductor probe and device adopting the same |
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