[논문]AFM을 이용한 데이터 저장 소자 연구

최정환; 박근형

doi:10.4313/jkem.2006.19.5.411

AFM을 이용한 데이터 저장 소자 연구
A Study of Data Storage Device Utilizing AFM technology 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.19 no.5, 2006년, pp.411 - 416

최정환 (충북대학교 전기전자컴퓨터공학부) , 박근형 (충북대학교 전기전자컴퓨터공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

A new reading technology for the ultra-high density data storage device utilizing AFM technology was proposed and its experimental results were discussed in this paper. For the experiments, an about $2{\mu}m$ thick conductive polymer layer was spin-coated on the heavily doped n-type Si wafer and an about $0.1{\mu}m$ thick PMMA layer was also been spin-coated on it. After then, the $5{\times}5$ memory way was fabricated by making indents on the surface of the wafer with the heated AFM tip, and the data reading was performed by scanning the surface with the tip biased at 10 V and the measuring the current flowing out at the end of the tip. The experimental results clearly showed that the new data reading technology worked superbly. The current measured was about 0.92 pA at the cell with the indent, and it was not only below 0.31 pA at the cell without the indent, but also at the cell where the indent was erased.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

AFM 팁에 가하는 힘의 크기에 따라 PMMA층에 파는 홈의 크기가 홈을 파는데 있어 어떠한 영향을 주는지 실험을 하였다. 그림 5는 AFM의 팁에 가하는 힘을 각각 0.
본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 데이터를 읽는 방식을 온도 센싱이 아닌 전기적 센싱 방식을 제안하였다. 즉, 폴리머 밑의 실리콘 웨이퍼를 고농도로 도핑시키고 폴리머도 전도성 폴리머를 사용하면서 데이터를 읽을 때 이들을 접지시킨 후 팁에 전기적인 펄스를 인가하면 폴리머 표면에 홈이 있으면 전류가 많이 '흐르고 홈이 없으면 전류 흐름이 차단됨으로 이를 통하여 데이터를 읽는 방식이다.

제안 방법

서론에서 언급한 바대로, 데이터 읽기는 팁에 전압을 걸어 일정한 전류를 흘려주고 데이터가 저장된 기판에 팁을 접촉한 상태에서 스캔하면서 팁의 전류 변화를 센싱하여 각 셀에 저장된 데이터를 읽는 방식으로 수행되었다. 예를 들면, '0'의 데이터가 저장되어 있는 셀에서는 PMMA에 홈이 파져있지 않아서 PMMA가 비전도성 물질이므로 팁의 전류에 변화가 없고, T의 데이터가 저장된 셀에서는 PMMA에 홈이 파져있어 팁에 흐르는 전류 중일 부가 conducting layer를 통하여 빠져 나가므로 원래 흐르던 전류보다 낮은 전류가 팁에 흐르게 된다(그림 3).
가열이 가능한 팁에 전류를 흘려주어 약 400 ℃까지. 팁을 가열한 후 PMMA 층 표면에 팁을 접촉하고 힘을 약간 가하여 PMMA 층에 홈을 팠다. 홈이 파인 곳은 데이터 T이 저장되고, 그렇지 않은 곳은 데이터 '0'이 저장된다.

대상 데이터

그림 8. 데이터 읽기에 사용된 5×5 메모리 어레이의 AFM 사진.
그림 1. 실험에 사용된 실리콘 기판의 수직구조.
실험에 사용할 기판을 만들기 위해 실리콘웨이퍼위에 전류를 잘 흘려줄 수 있는 약 2 μm 두께의 전도성 폴리머 막을 증착하고, 그 위에 약 0.1 μm 두께의 PMMA 막을 증착하였다(그림 1). 전도성 폴리머 증착은 hot plate에서 150 ℃ 로 3 분간 가열하여 spin coating 하는 방식을 사용하였다.
그림 6. 팁에 0.01 nN의 힘을 가하여 제작한 5×5 메모리 어레 이의 AFM 사진.

성능/효과

AFM 팁을 이용한 떼모리 소자의 데이터 쓰기, 읽기, 소거 동작이 확실하게 수행될 수 있음을 보여 주었다. 특별히, 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 온도 센싱에 의한 데이터 읽기 방식을 획기적으로 개선한 새로운 읽기 방식, 즉 전류 센싱에 의한 데이터 읽기 방식이 아주 우수하게 동작하는 것을 보여 주었다.
31 pA 미만이었다. 따라서, 본 논문에서 새롭게 제안한 읽기방식이 아주 우수하게 동작하고 있음을 볼 수가 있다.
주었다. 특별히, 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 온도 센싱에 의한 데이터 읽기 방식을 획기적으로 개선한 새로운 읽기 방식, 즉 전류 센싱에 의한 데이터 읽기 방식이 아주 우수하게 동작하는 것을 보여 주었다. 이러한 새로운 기술은 향후 AFM 데이터 저장소자 기술의 발전에 크게 기여할 것으로 판단된다.

후속연구

특별히, 지금까지 가장 널리 사용되고 있는 온도 센싱에 의한 데이터 읽기 방식을 획기적으로 개선한 새로운 읽기 방식, 즉 전류 센싱에 의한 데이터 읽기 방식이 아주 우수하게 동작하는 것을 보여 주었다. 이러한 새로운 기술은 향후 AFM 데이터 저장소자 기술의 발전에 크게 기여할 것으로 판단된다.

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