KR20050053726A - 전자기 어레이를 이용한 저장 시스템 - Google Patents

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KR20050053726A
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카르스-미키엘 에이치. 렌센
호우텐 헨드릭 반
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

소거가능 기록 매체(40)는 비트 위치들(11)의 어레이로 구성되는 기판 상에 전자기 물질의 층의 정보 평면을 갖는다. 전자기 물질의 자기 상태는 각 비트 위치의 값을 나타낸다. 저장 디바이스(35)는 정보 평면과 결합하기 위한 인터페이스면(32)을 갖다. 이 인터페이스면은 전자기 물질의 자기 상태에 민감한 전자기 소자의 어레이(31)를 갖는다. 기록 매체와 디바이스는 기록 매체가 디바이스 내에 실장될 때 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 전자기 소자들 근방에 비트 위치들을 위치시키기 위한 정렬소자(38, 41)를 갖는다.

Description

전자기 어레이를 이용한 저장 시스템{storage system using electromagnetic array}
본 발명은, 비트 위치들의 어레이로 구성되는 전자기 물질이 구비된 정보 평면을 가지며 비트 위치에서의 전자기 물질의 자기 상태가 그것의 값을 나타내는 기록 매체(record carrier) 및 저장 디바이스를 구비하는 저장 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 비트 위치들의 어레이로 구성되는 전자기 물질의 층이 구비된 기판 상에 정보 평면을 포함하고, 비트 위치에서의 전자기 물질의 자기 상태가 그것의 값을 나타내는 기록 매체에 관한 것이다.
본 발명은 저장 디바이스에 관한 것이다.
저장 시스템, 기록 매체, 및 정보를 저장하는 디바이스에 대해서는 미국특허공보 US 5,956,216에 개시되어 있다. 디스크 형태의 기록 매체 상의 자기 물질을 이용하는 데이터 저장 시스템으로서는 예컨대 플로피 디스크와 같은 소거 가능한 형태의 자기 기록 매체가 알려져 있다. 이 공보는 패턴 형태의 자기 기록 매체에 대해서 설명한다. 이 기록 매체는 기록 헤드로부터의 자기장에 의해 자화될 수 있는 자기층이 구비된 정보 평면을 갖는다. 특히 정보평면은 2개의 자화값을 가질 수 있는 자기 자구(domain) 소자와 비자기 기판을 포함한다. 자기 자구 소자들은 데이터의 한 비트만을 저장하는 비트 위치들로 구성된다. 이 디바이스는 기록 매체 상의 비트 위치들로 구성되는 트랙 내에 정보를 기록하는 기록부와 헤드를 갖는다. 비트 위치의 값은 비트 위치의 반대쪽에 판독/기록 헤드를 위치시킴으로써 예컨대 트랙을 스캐닝함으로써 설정 또는 복원(retrive)되어야 한다. 알려진 자기 저장 시스템의 문제점은, 스캐닝이 어떤 비트 위치로의 즉각적이고 랜덤한 액세스를 허용하지 않는다는 것이다. 점프를 통해서 헤드를 트랙의 필요한 부분으로 위치시키는 방법은 시간이 많이 걸린다.
따라서, 본 발명은 비트 위치로의 빠른 액세스를 허용하는 정보를 저장하는 디바이스 및 기록 매체를 포함하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 관점에 따르면, 비트 위치들의 어레이로 구성되는 전자기 물질이 구비된 정보 평면을 가지며 비트 위치에서의 상기 전자기 물질의 자기 상태가 그것의 값을 나타내는 기록 매체; 및 전자기 물질의 상기 자기 상태에 민감한 전자기 소자의 어레이가 구비된 정보 평면과 결합하기 위한 인터페이스면을 갖는 저장 디바이스를 구비하고, 상기 기록 매체는 상기 저장 디바이스와 결합/분리될 수 있으며, 상기 결합 중에 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 상기 전자기 소자들 근방에 상기 비트 위치들을 위치시키는 정렬수단을 갖는 저장 시스템에 의해 상기의 목적이 달성된다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 상기 결합 중에 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 전자기 소자들 근방에 비트 위치들(23)을 위치시키는 정렬수단을 포함하는 기록 매체에 의해 상기의 목적이 달성된다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 전자기 물질의 자기 상태에 민감한 전자기 소자들의 어레이를 구비하고 상기 정보 평면과 결합하기 위한 인터페이스면; 및
상기 결합 중에 전자기 소자와 대응하는 비트 위치 사이의 근접장 워킹 거리 내의 비트 위치 근방에 전자기 소자를 위치시키기 위한 정렬수단을 포함하는 저장 디바이스에 의해 상기의 목적이 달성된다.
정보 평면과 결합하는 전자기 소자로 구성된 어레이의 효과는 다수의 비트 위치들로부터의 데이터가 전자기 상호작용을 통해서 동시에 복원될 수 있는 것이다. 이것은 데이터가 고속으로 액세스될 수 있다는 이점을 갖는다. 특히 정렬은 어레이가 정보 평면과 평행하게 그리고 정보 평면의 높이로 정렬된다는 점에서 스캐닝 시스템과 다르다. 스캐닝 자기 하드 디스크 시스템과 비교하여, 이 이점은 헤드와 디스크 간의 어떠한 고속 스캐닝도 필요없다는 것인데, 이것은 헤드 충돌(head-crash)과 같은 치명적인 헤드 디스크 상호작용을 방지한다.
본 발명은 아래의 사례에 근거한다. 자기 하드 디스크 저장 시스템은 사용자 디바이스에서 하나의 층 또는 패턴 내의 물질을 자화시킴으로써 기록될 수 있는 소거불가능 기록 매체를 제공한다. 그러나 플로피 디스크와 같은 소거가능 자기 디스크는 속도가 느리고 사이즈가 크며, 기계적 쇼크에 민감한 스케닝장치를 필요로 한다. 본 발명은 정보 평면의 표면을 전자기 소자의 어레이 부근에 가깝게 가져감으로써 기록 매체 상의 데이터가 빠르고 신뢰성있게 액세스될 수 있다는 것을 보여준다. 전자기 소자는 비트 위치의 최소 치수와 실질적으로 동일한 크기인 근접장 워킹 거리 내의 바이어스 필드에서 자기상태를 검출한다. 정렬은 전자기 소자들을 근접장 워킹 거리 내의 비트 위치에 가깝게 그리고 그것의 반대쪽으로 가져가기 위해서 필요하다. 적합한 전자기 소자들은 고체 상태 제조방법, 예컨대 MRAN 자기 저장 디바이스의 제조방법을 이용하여 제조된다.
기록 매체의 일 실시예에 있어서, 기판은 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 전자기 소자 근방에 비트 위치의 배치를 허용하는 가요성 물질이다. 단단한 기판은 고도의 평평한 평면을 필요로 한다. 가요성 물질은 비트 위치와 전자기 소자 사이의 밀접한 접촉이 가요성 물질 사에 압력을 가함으로써 쉽게 달성된다는 이점을 갖는다.
더 나아가서 본 발명에 따른 기록 매체와 저장 디바이스의 바람직한 실시예는 청구항에서 제공된다.
도 1은 정보 매체부(정면)를 나타내고,
도 2는 정보 매체부와 전자기 소자를 나타내며,
도 3은 판독부를 나타내고,
도 4a는 저장장치(정면)와 기록매체를 나타내며,
도 4b는 저장장치(측면)와 기록매체를 나타내고,
도 4c는 카트리지 내의 기록매체를 나타내며,
도 5는 전자기 소자의 어레이를 나타내고,
도 6은 판독 모드에서의 센서 소자를 나타내며,
도 7은 기록 모드에서의 판독/기록 소자를 나타낸다.
도면에서, 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 정보 매체부(정면)를 나타낸다. 정보 매체부(10)는 비트 위치(11)의 어레이로 구성되는 자기물질(12)이 구비된 정보 평면을 갖는다. 정보 평면에서의 자기물질(12)의 자기 상태는 비트 위치의 값을 나타내기 위한 물리적 파라미터를 제공한다. 이 정보 평면은 정보 매체부(10)의 최상면(13) 위에 위치된다는 것에 유념해야 한다. 정보 매체부의 최상면(13)은 판독부의 인터페이스면과 결합될 것이다. 정보 평면은 최상층으로부터의 효율적인 거리에 존재하도록 고찰된다. 예컨대, 정보 평면을 보호하기 위한 얇은 커버층은 정보 매체부의 외부층으로 구성될 수도 있다. 더 나아가서, 판독부의 근접장 워킹 거리(near-field working distance)의 밖에 있으면서 최상면으로부터 떨어져 있는 물질은 정보 평면의 부분으로 고려되지 않는다. 상기 판독부 내의 전자기 소자는 정보 평면 부근에 배치되지만, 오염과 같은 몇몇 중간 물질은 그들 사이에 존재할 수도 있다. 따라서, 효율적인 거리는 어떤 중간 물질에 의해 결정된다. 근접장 워킹 거리를 갖는 판독소자는 인터페이스면 밖에서부터 정보 평면쪽으로 연장된다. 이하, 도 2를 참조하여 정보를 판독하기 위한 정보 평면에서의 물질의 자기 상태의 물리적 효과를 설명하기로 한다.
도 2는 정보 매체부 및 전자기 소자를 나타낸다. 정보 매체부는 기판(21)으로 구성된다. 정보 평면은 기판(21)의 최상단측 위에 있는 자기물질로 이루어진 층(22)으로 구성되고, 그 정보층의 영역은 비트 위치(23)의 어레이로 구성된다. 제1 전자기 소자(24)의 맞은 편에 있는 제1 비트 위치에서는 그 물질이 예컨대 로직값 '1'을 나타내는 자기 상태를 갖고, 제2 전자기 소자(25)의 맞은 편에 있는 제2 비트 위치에서는 그 물질이 로직값 '0'을 나타내는 자기 상태를 가지며, 제3 전자기 소자(26)의 맞은 편에 있는 제3 비트 위치에서는 그 물질이 로직 값 '1'을 나타내는 자기 상태를 갖는다. 전자기 소자(24, 25, 26)는 도 6에 상세히 설명될 자기 상태를 검출하기 위한 다층 스택을 갖는다. 다층 스택의 최상층은 비트 위치의 자기 상태에 영향을 받는다. 자기 물질로 이루어진 층(23)은 잘 알려진 자기 매체 제조방법에 의해 적용될 수 있고, 프로그래밍은 비트 위치의 자기 상태를 프리셋하기 위한 제작 중에 적용될 수도 있다. 적절한 제조방법은 마스크를 이용하여 스퍼터링(sputtering)하거나 프레스(pressing)하는 것이다.
도 3은 판독부를 나타낸다. 판독부(30)는 상술한 정보 매체부와 결합할 것이다. 또한, 판독부는 인터페이스면(32)를 갖는다. 이 인터페이스면(32)는 전자기 소자의 어레이(31)를 구비한다. 이 어레이는 근접장 워킹 거리에 있는 물질의 자기 상태에 민감한 전자기 센서부의 2차원 레이아웃이다. 이 어레이는 이후에 도 5에서 설명될 비트 셀들의 고체 상태 MRAM 어레이와 비슷하다.
전자기 물질과 센서부의 다른 결합이 채택될 수 있다는 것에 유념해야 한다. 또 다른 실시예에서, 센서부는 물질의 상태, 예컨대, CD-RW로 알려진 위상 변화(phase-change) 물질의 상태에 영향을 미치는 전자기장으로서 발광하기 위해, 그리고, 광원으로부터의 근접장 워킹 거리에 있는 물질의 효과를 검출하기 위해 배치된다. 아래에서 설명될 또 다른 실시예는 자기 물질의 사용에 근거한다. 적합한 물질은 고형 자기 물질이고, 적합한 전자기 소자는 자기저항 효과에 근거한다. 이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 하나의 예를 설명하기로 한다.
도 4a는 저장 디바이스(정면)와 기록매체를 나타낸다. 저장 디바이스는 기록매체(40)를 수용하기 위한 개구부(36)와 하우징(35)을 갖는다.
기록매체(40)는 도 1 및 도 2에서 설명한 비트 위치(11)의 어레이를 갖는 정보 평면을 갖는 정보 매체부(10)를 포함한다. 더 나아가서, 기록매체는 상기 결합 중에 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 전자기 소자 근방에 비트 위치를 위치시키기 위한 상보적인 정렬 소자(38)와 결합하기 위한 정렬 소자(41)를 갖는다. 기록 매체의 판독은 아래에서 설명될 판독기 디바이스 내에 매체를 삽입할 시에 적절한 정렬과 등록을 제공함으로써 실현된다. 일 실시예에 있어서, 정렬소자들은 정보 매체부의 외벽의 부분을 미리 정하여 정확히 형태를 만든다. 기록매체는 실질적으로 상술한 정보 매체부 또는 정보 매체부를 포함하는 어셈블리일 수 있다. 예컨대, 정보 평면을 가지고 있는 하나의 기판은 후에 설명될 몇몇 형태의 정렬 소자를 수용하도록 형성된다.
저장 디바이스(35)가 기록매체(40)와 결합할 때, 기록매체는 개구부(36) 상에 위치된다. 개구부(36)는 도 3을 참조하여 설명한 판독부(30) 상의 인터페이스면(32)과, 정렬소자(38), 예컨대 돌출 핀을 갖는다. 정렬소자(38, 41)는 인터페이스면과 평행한 평면 방향으로 판독부(30)의 인터페이스면의 위치에 대하여 기록 매체 상의 비트 위치를 배치를 결정하기 위해 배열된다.
일 실시예에 있어서, 개구부(36)는 하우징의 표면 내의 함몰부이고, 이 함몰부는 기록매체(40)의 외주변과 결합하여 정보 매체부를 정렬시키기 위한 정렬소자로서 벽의 형태를 정확히 취한다.
일 실시예에 있어서, 저장 디바이스는 전자기 소자의 판독 신호를 분석하여 이웃하는 비트 위치의 영향을 제거하는 처리회로를 구비한다. 어떤 전자기 소자는 특히 몇몇 남아 있는 오정렬로 인해 인접하는 비트 위치에 어느 정도 영향을 받을 수도 있다. 그러나 이웃하는 전가지 소자들의 판독 신호들을 분석하고 그들의 일부를 현재의 판독 신호로부터 감산함으로써, 현재의 비트 위치의 검출된 값이 향상된다. 따라서, 심볼간 간섭의 전기적 수정(electronic correction)이 제공된다. 그 분석은 잔존하는 오정렬에 대한 글로벌 정보에 의해 제어될 수도 있는데, 예컨대 그것은 인접하는 판독 신호들 중 어느 것이 감산되어야 하는지 그리고 어느 정도인지를 나타낸다.
인터페이스면과 수직한 방향으로, 판독부 내의 전자기 소자와 비트 위치의 거리가 근접장 워킹 거리 내에 있다는 것을 확인하기 위해 약간의 압력(pressure)이 요구된다. 기록매체를 저장 디바이스에 누르는 사용자 또는 기록매체(미도시)의 최상단에 있는 탄력이 있는 덮개 또는 커버에 의해 그러한 압력이 제공될 수도 있다. 밀접한 물리적 접촉을 달성하기 위한 다른 선택은 당업자에게는 잘 알려져 있다.
기록 매체의 일 실시예에 있어서, 정보 평면은 가요성 기판 상에 구비된다. 이 디바이스는 기판과 인터페이스면 간에 낮은 압력 또는 진공을 생성시켜서, 가요성 기판을 인터페이스면과의 밀접하게 접촉시키는 압축 시스템을 구비한다. 일 실시예에서, 이 디바이스는 인터페이스면쪽으로 정보 매체를 끌어당기는 인력장(attracting field)을 발생시키는 발생기를 구비한다. 인력장의 형태는 센서 소자에 의해 사용되는 인력장과는 다르다. 예컨대, 정전기장은 자기 형태의 기록매체를 끌어당기기 위해 발생된다. 택일적으로, 자기장은 용량성 판독에 근거한 기록 매체를 위해 발생된다.
일 실시예에 있어서 이 디바이스 상의 정렬소자(38)는 인터페이스면(32)으로 기록매체를 이동시키는 액추에이터에 연결된다. 하나의 비트 위치의 치수의 크기(즉 약간의 ㎛ )에서의 작은 이동은 전자기 소자들을 그 비트 위치와 정렬시키는데 충분하다. 액추에이터에 대한 몇몇 형태, 예컨대, 보이스 코일 형태, 피에조 형태 또는 정전기 형태가 사용된다. 일 실시예에 있어서, 액추에이터는 비트 위치의 오정렬을 검출함으로써 제어된다. 이 오정렬은 전자기 소자의 판독 신호로부터 발생될 수 있다. 예컨대, 실질적인 오정렬이 있다면, 전자기 소자는 인접한 비트 위치를 커버할 것이다. 동일한 값을 갖는 인접한 위치의 판독 신호들은 각기 다른 값을 갖는 인접한 위치의 판독 신호들과는 다르다. 따라서, 그런 차이가 발생하면, 즉 몇몇 비트 위치의 판독 신호들이 다른 비트 위치의 최대 레벨과 최소 레벨 사이의 중간 레벨의 값을 가지면, 오정렬이 검출된다. 정확하지 않는 데이터에서, 중간 레벨은 각 이웃하는 위치가 같은 로직 값 또는 각지 다른 로직값을 갖는다는 사실로 인해, 비트 위치의 대략 50%에서 발생할 것이라는 것에 유념해야 한다. 일 실시예에 있어서, 알려진 이웃하는 비트들을 갖는 소정의 제어 패턴들은 오정렬 검출을 위해 포함된다. 제어 신호는 액추에이터를 활성화시키기 위해 발생되고, 그 제어 신호를 인가한 후에 판독 신호가 다시 분석된다. 일 실시예에 있어서, 기록매체는 정렬을 위한 광 마크를 구비하고, 그 디바이스는 광 마크를 검출하여 오정렬 신호를 발생시키는 분리된 광 센서를 구비한다.
저장 시스템의 일 실시예에 있어서, 센서 소자의 어레이의 피치는 예컨대 한 평면의 치수 또는 양쪽 평면의 치수에서(in one or both planar dimensions) 정수 n=2만큼, 비트 위치들의 어레이의 피치보다 크다. 판독부와 관련된 정보 매체부의 일부 계단식 이동은 각 방향에서 위치를 판독하기 위해 제공되고, 그 피치는 모든 비트 위치에의 액세스와는 다르다. 이 이동은 상기 언급된 바와 같이 액추에이터에 의해 제공될 수도 있다. 마이크로머신 수단에 의한 작은 거리에 대한 스캐닝은 판독부의 밀도보다 큰 비트 밀도를 가진 매체를 사용하는 것을 가능하게 할 수 있다.
기록매체의 일 실시예에 있어서, 정보 평면은 정보 매체의 소정의 영역 내에 정보 평면 내의 유일한 패턴인 위치 마크 패턴을 구비한다. 저장 디바이스는 전자기 소자로부터 검출된 신호들을 분석함으로써 전자기 소자들에 관한 위치 마크 패턴의 절대 위치를 검출하기 위한 패턴 인식 기술을 적용하는 프로세서를 구비한다. 예컨대, 위치 마크 패턴은 어떤 초기의 기계적 오정렬보다 큰 물질의 큰 영역을 구비할 수도 있다. 이 큰 영역은 소정의 패턴을 갖는 물질 없이 윤곽선으로 둘러싸여 있다. 따라서, 일부 전자기 소자들은 항상 처음에 상기 큰 영역에 의해 커버 될 것이다. 주변 전자기 소자들을 분석함으로써 그 오정렬은 쉽게 검출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전자기 소자들의 어레이는 실질적으로 정보 평면보다 예컨대 4배 더 작다. 이 디바이스는 정보 평면의 영역을 판독하는 4개의 판독 위치에서 전자기 소자들의 어레이 또는 기록 매체를 위치시키기 위해 배열되는 액추에이터를 구비한다.
기록 매체의 정렬소자는 장방형의 돌출된 안내 바(bar)로 구성되고, 이 디바이스 상의 상보적 안내 소자들은 슬롯 또는 홈이다. 이들 소자에 의한 정렬은 하나의 평면 치수(planar dimension)에서 효율적이다. 다른 평면 치수에서의 정렬은 이 디바이스에 있는 벽 또는 돌출된 정지 핀에 의해 제공될 수도 있다. 택일적으로, 제2 평면 치수에서는 어떠한 특정 정지 위치도 없지만, 기록 매체가 안내 슬롯을 통해서 기록 매체를 누르는 사용자에 의해 제2 방향을 따라 추진되고 있는 동안에는 이 정보가 비트 위치로부터 복원된다. 그러한 콘스텔레이션(constellation)은 공항에서의 액세스 제어를 위한 생화학 또는 DNA 정보를 가진 개인 여권과 같은 응용분야에서 기록 매체로부터 1번 데이터를 판독하는데 유용하다.
도 4b는 저장 디바이스(측면) 및 기록 매체를 나타낸다. 이 저장 디바이스는 기록 매체(40)를 수용하기 위한 개구부(43)와 하우징(45)을 갖는다. 기록 매체(40)가 저장 디바이스(45)와 결합할 때, 기록 매체는 개구부(43)에 위치된다. 2개의 부분들 간의 밀접한 접촉은 판독기의 슬롯이 폐쇄될 때 정보 매체의 반대 방향으로 판독 어레이를 누름으로써 이루어진다. 개구부(43)는 도 3을 참조하여 설명한 판독부(30) 상에 인터페이스면(32)을 구비하고, 개구부의 내측 선단에는 정렬소자(42)를 구비하고 개구부(43)의 입구측에는 외부 정렬소자(44)를 구비한다. 외부 정렬 소자(44)는 기록 매체를 고정시키기 위해 배치된다. 기록 매체는 그 디바이스 상에 클랩핑 외부 정렬 소자(44)와 결합하기 위한 돌출 정렬 소자(41)를 갖는데, 이 돌출 정렬 소자는 상기 결합 시에 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 전자기 소자 근방에 비트 위치를 배치시킨다. 클랩핑 이동은 기록 매체를 개구부 내에 십입할 시에 사용자가 가한 힘에 의해 또는 액추에이터에 의해 활성화될 수도 있다.
도 4c는 카트리지 내의 기록 매체를 나타낸다. 기록 매체는 정보 매체부(10)를 둘러싸는 카트리지(47)를 갖는다. 카트리지(47)는 기록 매체가 저장 디바이스와 결합되지 않을 때 오염(먼지 및 지문)으로부터 정보 평면을 효율적으로 밀봉하는 이동식 커버(48)를 갖는다. 저장 디바이스는 상기 결합 시에 커버를 옆쪽으로 이동시키기 위한 개구장치(미도시)를 갖는다. 슬라이딩식 커버로서는 광학 또는 전자기 기록 디스크 카트리지 및 연동장치가 알려져 있다.
일 실시예에 있어서 카트리지는 클리닝 패드(46)를 구비한다. 이 패드(46)는 그 커버가 이동될 때 정보 평면 및/또는 인터페이스면을 깨끗하게 하기 위해 커버(48) 위에 위치되거나 커버(48)에 의해 이동된다. 택일적으로, 패드 또는 브러시와 같은 클리닝부는 그 자체의 카트리지 위에 위치될 수도 있다. 일 실시예에 있어서 카트리지는 커버(40)에도 불구하고 폐쇄된 카트리지로 들어간 어떤 먼지 입자를 끌어당기는 먼지 흡인 내부층을 구비한다.
도 5는 전자기 소자의 어레이를 나타낸다. 이 어레이는 로우방향의 규칙적인 패턴으로 전자기 소자(51)를 갖는다. 로우방향의 소자들은 비트라인(53)에 의해 결합되지만, 컬럼 방향의 소자들은 워드라인(52)을 공유한다. 도시된 전자기 소자들은 다층 스택을 갖는다. 전자기 소자(54)는 로직값 '0'을 갖는 비트 위치를 판단할 때 다층 스택의 층들 내에서 반대방향의 자기 상태를 갖는 것으로 도시되어 있다. 전자기 소자(55)는 로직값 '1'을 갖는 비트 위치를 판단할 때 다층 스택의 층들 내에서 같은 방향의 자기 상태를 갖는 것으로 도시되어 있다. 그 방향은 자기저항 효과, 예컨대 GMR, AMR 또는 TMR을 사용하여 다층 또는 한 층 스택을 갖는 센서 소자에서 검출된다. TMR형 센서는 센서 소자에 대한 저항 매칭 분별을 위해 선택된다. 제시된 예들은 인-플레인(in-plane) 감도를 갖는 자기저항 소자를 이용하지만, 수직 필드에 민감한 소자를 이용하는 것도 가능하다. 이들 효과를 이용하는 센서의 기술에 대해서는 "Magnetoresistive sensors and memory" by K.-M.H.Lenssen as published in "Frontiers of Multifunctional Nanosystems", page 431-452, ISBN 1-4020-0560-1 (HB) or 1-4020-0561-X(PB)을 참조하면 된다.
어레이에서, 전자기 소자들은 재생 전용 장치를 구성하기 위한 도 6에 나타낸 판독 모드에 필요한 부분만을 갖는 판독 전용 소자일 수도 있다. 이것은 기록 전류를 발생시키는데 어떠한 전자 회로도 필요로 하지 않다는 이점을 갖는다. 예컨대, 이 디바이스는 기록 기능이 필요하지 않은 뮤직 플레이어이다. 택일적으로, 전자기 소자들은 도 7에 나타낸 판독-기록 소자일 수도 있다. 이것은 사용자가 비트 위치의 값을 변경시킬 수도 있다는 이점을 갖는다. 일 실시예에 있어서 그 어레이는 판독 전용 소자와 판독-기록 소자의 결합을 갖는다. 이것은 기록 매체 상의 특정 데이터를 뜻하지 않은 변화 및/또는 고의적인 간섭으로부터 보호한다는 이점을 갖는다. 예컨대, 그러한 데이터는 디지털식의 정확한 관리를 위해, 예컨대 콘텐트 소유자에 의한 복제방지를 위한 열쇠를 저장하기 위해 사용될 수도 있다.
이 저장 시스템에서, 데이터는 정보 평면 상의 센서의 반대 쪽에 있는 비트 위치 때문에 센서 소자에서 발생하는 자화 방향으로 표시된다. 그 센서 소자에서, 다층 스택에서 검출된 자기저항(MR) 현상에 근거한 저항 측정(measurement)에 의해 판독이 행해진다. 센서소자들은 박막 내의 MR(anisotropic magnetroresistance)효과에 근거를 둔다. 박막에서의 AMR 효과의 크기(amplitude)는 전형적으로 3%보다 적기 때문에, AMR의 사용은 민감한 전자기술을 요구한다. 큰 GMR(Giant MagnetoResistance) 효과는 큰 MR 효과(5-15%)와 그에 따른 보다 높은 출력신호를 갖는다. 자기 터널 정션은 큰 TMR(Tunnel MagnetoResistance) 효과를 이용하고, 저항변화는 ≒50%까지 나타난다. 바이어스 전압에 대한 TMR 효과의 강한 의존도로 인해, 실질적으로 이용가능한 저항 변화는 대략 35%이다. 일반적으로, GMR과 TMR은 다층 스택에서의 자화 방향이 평행할 때 저항이 낮고, 자화방향이 수평이 아닌 일정한 방향일 때 저항이 크다. TMR 다층에서, 전자가 배리어층을 관통해야 하기 때문에 센스 전류는 층 평면(CPP)과 수직하게 인가되어야 하고, GMR 디바이스에서는, 통상 센스 전류가 층 평면(CIP)에서 흐르지만, 비록 CPP 구성이 큰 MR 효과를 제공한다 할지라도, 이들 모든 금속제 다층의 평면과 수직한 저항은 매우 작다. 그럼에도 불구하고, 더 소형화를 이용하여, CPP 및 GMR에 근거한 센서들이 가능하다.
도 6은 판독 모드에서의 센서 소자를 나타낸다. 이 센서 소자는 자유 자기층(62), 터널링 배리어(63), 및 고정 자기층(64)으로 이루어진 층들의 다층 스택으로 판독전류(67)를 인도하기 위한 전기 도전 물질의 비트 라인(61)을 갖는다. 그 스택은 선택 라인(68)을 통해서 선택 트랜지스터(66)에 접속된 컨덕터(65) 상에 형성된다. 선택 트랜지스터(66)는 그것의 게이트에 인가되는 제어전압에 의해 활성될 때 상기 판독 전류(67)를 그라운드 레벨에 연결시켜서 각 비트 셀을 판독한다. 고정 자기층(64)과 자유 자기층(62)에 존재하는 자화 방향(69)은 MRAM 메모리에서의 비트 셀 소자와 비슷한, 터널링 배리어(63)에서 저항을 결정한다. 자유 자기층 내의 자화는 물질이 화살표 60으로 표시된 근접장 워킹 거리 내에 있을 때 도 2에서 설명한 센서소자의 반대쪽에 있는 비트 위치의 물질의 자기상태에 의해 결정된다.
일 실시예에 있어서, 다수의 센서 소자들은 동시에 판독된다. 비트 셀들의 어드레싱은 교차선(crossing line)의 어레이에 의해 행해진다. 판독방법은 센서의 형태에 의존한다. 의사-핀(pseudo-spin) 밸브의 경우에, 다수의 셀(N)은 이들 금속제 셀의 저항이 비교적 작기 때문에 워드라인에서 직렬로 접속될 수 있다. 이것은 하나의 스위칭 소자(통상 트랜지스터)가 N개의 셀마다 필요하다는 이점을 제공한다. 관련된 단점은 상대적인 저항 변화가 N개로 분리된다는 것이다. (일련의 셀들을 가진) 워드라인의 저항을 측정함으로써 판독이 행해지지만, 실질적으로 작은 포지티브에 네가티브 전류 펄스를 더해서 소정의 비트라인에 인가한다. 수반되는 자기장 펄스는 2개의 강자성층의 스위칭 필드 사이에 있어, 보다 높은 스위칭 필드(센싱층)을 갖는 층은 변화되지 않은 상태로 존재하지만, 다른 층의 자화는 소정의 방향으로 설정되고 반대방향으로 설정될 것이다. 워드라인에서의 저항 변화의 표시에 의해 워드라인과 비트라인의 교차점에 있는 셀 내에 "0"이 저장되었는지 "1"이 저장되었는지를 알 수 있다. 일 실시예에 있어서, 고정된 자화 방향을 갖는 스핀 밸브가 사용되고, 그 데이터가 자유 자기층에서 검출된다. 이 경우에, 셀의 절대 저항이 측정된다. 일 실시예에 있어서, 이 저항은 기준 셀에 대하여 다르게 측정된다. 이 셀은 스위칭 소자(통상 트랜지스터)에 의해 선택되는데, 이것은 이 경우에 하나의 트랜지스터가 셀마다 필요하다는 것을 의미한다. 셀마다 하나의 트랜지스터를 갖는 센서 외에, 택일적으로 셀 내에 트랜지스터가 없는 센서들이 고찰된다. 교차점 영역에 있는 트랜지스터가 없는 셀 센서 소자는 보다 높은 밀도를 제공하지만, 다소 긴 판독시간을 갖는다.
도 7은 기록 모드에서의 판독/기록 소자를 나타낸다. 판독/기록 소자는 도 6에서 설명한 판독 모드에서의 센서 소자와 동일한 구성소자를 갖고, 또한 제1 기록 필드 성분(72)을 발생시키는 비교적 큰 기록 전류를 전도하기 위한 기록 라인(71)을 갖는다. 제2 기록 전류(73)는 비트라인(61)을 통해서 제2 기록 필드 성분(74)을 발생시키기 위해 인도된다. 제1 및 제2 기록전류에 의해 발생된 결합 필드는 기록/판독 소자의 반대쪽에 있는 비트 위치에서의 자기 상태를 설정하는데 충분하다. 어떤 비트 위치에 기록하는 것은 소망의 방향으로 자화를 설정하는 것, 예컨대 왼쪽 방향의 자화를 '0'으로 오른쪽 방향의 자화를 '1'로 설정하는 것과 같다. 전류 펄스를 비트라인과 워드라인을 인가함으로써, 자기장 펄스가 유도된다. 양쪽 비트라인의 교차점의 반대쪽에 있는 정보 평면의 비트 위치만이 최대의 자기장(즉, 양쪽 전류 펄스에 의해 유도된 필드의 벡터의 부가)를 경험하고, 그것의 자화는 반대로 된다. 즉 비트라인 또는 워드라인 상에 있는 모든 다른 비트 위치들은 하나의 전류 펄스에 의해 야기된 낮은 필드에 노출되기 때문에, 그들의 자화 방향을 변경시키지 않는다.
본 발명에 따른 저장 시스템은 특히 아래의 어플리케이션에 적합하다. 제1 어플리케이션은 소거가능한 메모리를 필요로 하는 휴대기기, 예컨대 휴대용 컴퓨터 또는 휴대용 뮤직 플레이어이다. 이 저장 디바이스는 낮은 전력소모와 데이터로의 순간 액세스를 갖는다. 기록 매체는 컨텐트 분배(content distribution)를 위한 저장 매체로서 사용될 수 있다. 다른 어플리케이션은 복제가 방지된 메모리이다. 현재의 솔루션과 대조적으로, 그것은 다음의 특성, 예컨대 복제의 용이성, 복제 방지, 즉응(instant-on), 빠른 액세스시간, 로버스트(robust), 이동이 없는 부분(no moving parts), 저전력소모를 갖는다.
본 발명은 TMR 효과를 이용하는 실시예로 주로 설명되었지만, 자기물질과 결합하는 어떤 적절한 판독/기록 소자가 예컨대 코일(coil)에 근거하여 사용될 수 있다. 이때, 본 명세서에서는, '포함하는' 단어는 열거된 것 이외의 다른 구성요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않고, 일 구성요소 앞에 있는 단어 'a' 또는 'an'은 복수의 이러한 구성요소의 존재를 배제하지 않으며, 어떠한 참조부호도 청구범위를 한정하지 않고, 본 발명은 하드웨어 및 소프트웨어 모두에 의해 구현되어도 되고, 일부의 '수단'은 하드웨어의 동일한 항목으로 나타내기도 한다. 또한, 본 발명의 범위는 상기 실시예들로 한정되지 않고, 본 발명은 각 신규한 특징 또는 상술한 특징의 조합을 포함한다.

Claims (12)

  1. 비트 위치들의 어레이로 구성되는 전자기 물질이 구비된 정보 평면을 가지며 비트 위치에서의 상기 전자기 물질의 자기 상태가 그것의 값을 나타내는 기록 매체; 및
    상기 전자기 물질의 상기 자기 상태에 민감한 전자기 소자의 어레이가 구비된 정보 평면과 결합하기 위한 인터페이스면을 갖는 저장 디바이스를 구비하고,
    상기 기록 매체는 상기 저장 디바이스와 결합/분리될 수 있으며,
    상 결합 중에 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 상기 전자기 소자들 근방에 상기 비트 위치들을 위치시키는 정렬수단을 갖는 것을 특징으로 하는 저장 시스템.
  2. 비트 위치들의 어레이로 구성되는 전자기 물질의 층이 구비된 기판 상에 정보 평면을 포함하고, 비트 위치에서의 상기 전자기 물질의 자기 상태가 그것의 값을 나타내는, 제 1 항에 기재된 저장 시스템에 사용되는 기록 매체에 있어서,
    상기 결합 중에 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 전자기 소자들 근방에 비트 위치들(23)을 위치시키는 정렬수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 전자기 소자 근방에 비트 위치들의 배치를 허용하는 가요성 물질인 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 디바이스와 결합될 때 그 정보 평면을 노출시키기 위한 개구부와 상기 디바이스로부터 분리될 때 상기 개구부를 폐쇄시키기 위한 커버를 갖는 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 카트리지는 정보 평면 및/또는 인터페이스면을 깨끗하게 하는 클리닝수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 정렬수단은 상기 저장 디바이스의 상보적 기계식 수용소자와 결합하기 위한 기계식 안내소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  7. 제 1 항에 기재된 시스템에 사용되는 저장 디바이스에 있어서,
    상기 전자기 물질의 상기 자기 상태에 민감한 전자기 소자들의 어레이를 구비하고 상기 정보 평면과 결합하기 위한 인터페이스면; 및
    상기 결합 중에 전자기 소자와 대응하는 비트 위치 사이의 근접장 워킹 거리 내의 비트 위치 근방에 전자기 소자를 위치시키기 위한 정렬수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정렬수단은 상기 전자기 소자 및/또는 상기 기록 매체를 위치시키기 위한 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자기 소자 및/또는 상기 기록 매체를 위치시키기 위한 상기 액추에이터는 상기 전자기 소자들로부터의 판독 신호에 의존하여 제어되는 것을 특징으로 하는 저장 디바이스.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 전자기 소자들의 어레이는 상기 기록 매체의 비트 위치의 어레이보다 실질적으로 적은 전자기 소자를 갖고, 상기 정렬수단은 비트 위치들의 총 수와 조합하여 서로 다른 정렬 위치에 상기 기록 매체 또는 상기 어레이를 위치시키기 위해 배열되는 것을 특징으로 하는 저장 디바이스.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 정렬수단은 상기 기록 매체의 상보적 기계식 안내 소자와 결합하기 위한 기계식 수용소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 디바이스.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 정렬수단은 상기 기록 매체를 끌어당기는 인력장, 특히 정전기장을 발생시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저장 디바이스.
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