전자기 센서의 어레이를 이용한 저장 시스템

전자기 센서의 어레이를 이용한 저장 시스템{storage system using an array of electro-magnetic sensors}

본 발명은 비트 위치의 어레이로 구성되는 전자기 물질의 패턴이 구비된 정보 평면을 갖는 기록 매체(record carrier) 및 저장 디바이스를 포함하는 저장 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 비트 위치의 어레이로 구성되는 전자기 물질의 패턴이 구비된 정보 평면을 포함하는 기록 매체 및 저장 시스템에 이용되는 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 소거가능 자기 기록 매체가 알려져 있다. 이 공보는 패턴 형태의 자기 기록 매체에 대해서 설명한다. 이 기록 매체는 기록 헤드로부터의 자기장에 의해 자화될 수 있는 자기층을 구비하는 정보 평면을 갖는다. 특히 정보 평면은 2개의 자화값을 가질 수 있는 자기 자구(domain) 소자와 비자기 기판을 구비한다. 자기 자구 소자들은 데이터의 한 비트만을 저장하는 비트 위치들로 구성된다. 이 디바이스는 기록 매체 상의 비트 위치들로 구성된 트랙 내에 정보를 기록하는 기록부와 헤드를 갖는다. 비트 위치의 값은 비트 위치의 반대쪽에 판독/기록 헤드를 배치함으로써, 예컨대 트랙을 스캐닝함으로써 설정 또는 복원(retrive)되어야 한다. 알려진 자기 저장 시스템의 문제점은, 스캐닝이 어떤 비트 위치로의 랜덤한 액세스를 허용하지 않는다는 것이다. 점프를 통해서 헤드를 트랙의 필요한 부분으로 위치시키는 방법과 데이터를 비트 위치 내에 저장하는 방법은 시간이 많이 걸린다.

따라서, 본 발명은 비트 위치로의 빠른 액세스를 허용하고 비트 위치에 정보를 효율적으로 저장하는 디바이스 및 기록 매체를 포함하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 관점에 따르면, 비트 위치들의 어레이로 구성되는 전자기 물질의 패턴이 구비되는 정보 평면을 가지며, 상기 정보 평면에서의 상기 전자기 물질의 존재 또는 부재가 비트 위치의 값을 나타내는 기록 매체; 및 근접장 워킹 거리 내의 상기 전자기 물질의 존재에 민감한 전자기 소자의 어레이를 구비하고 상기 정보 평면과 결합하는 인터페이스면을 갖는 저장 디바이스를 포함하고, 상기 기록 매체는 상기 저장 디바이스와 결합/분리될 수 있으며, 상기 결합 중에 비트 위치와 대응하는 센서 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 센서 소자들 근방에 비트 위치들을 위치시키는 정렬수단을 더 포함하는 저장 시스템에 의해 상기의 목적이 달성된다.

본 발명의 제2 관점에 따르면, 정보 평면에서의 전자기 물질의 존재 또는 부재는 비트 위치의 값을 나타내며, 상기 결합 중에 비트 위치와 대응하는 전자기 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내의 센서 소자들 근방에 비트 위치들을 위치시키는 정렬수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기록 매체에 의해 상기의 목적이 달성된다.

본 발명의 제3 관점에 따르면, 전자기 물질의 존재에 민감한 전자기 센서 소자의 어레이를 구비하고, 정보 평면과 결합하기 위한 인터페이스면; 및 상기 결합 중에 센서 소자와 대응하는 비트 위치 사이의 근접장 워킹 거리 내의 비트 위치들 근방에 상기 센서 소자들을 위치시키기 위한 정렬수단을 포함하는 저장 디바이스에 의해 상기의 목적이 달성된다.

비트 위치의 값을 나타내는 정보 평면에서의 전자기 물질의 존재 또는 부재의 효과는 전자기 물질의 고정된 패턴이 저비용 제조공정으로, 예컨대 패턴을 기계적으로 앰보싱함으로써 기록 매체에 적용될 수 있다는 것이다. 정보 평면과 결합하는 전자기 센서 소자로 구성된 어레이의 효과는 다수의 비트 위치로부터의 데이터가 동시에 복원될 수 있는 것이다. 이것은 데이터가 저비용으로 분배될 수 있고 데이터가 고속으로 액세스될 수 있다는 이점을 갖는다.

본 발명은 아래의 사례에 근거한다. 알려진 자기 저장 시스템은 사용자 기록 디바이스에서 하나의 층 또는 패턴 내의 물질을 자화시킴으로써 기록될 수 있는 기록 매체를 제공한다. 더 나아가서, 저가의 데이터 분배를 제공하는 잘 알려진 광 디스크는 비교적 속도가 느리고 크기가 크며, 기계적 쇼크에 민감한 스케닝장치를 필요로 한다. EPROM과 MRAM과 같은 고체 메모리 디바이스는 비트마다 비용이 많이 든다. 본 발명은 이전 시스템의 여러 가지의 유리한 특성을 결합하는 새로운 부류의 저장장치가 기판 상의 전자기 물질의 패턴을 갖는 기록 매체에 의해 제공될 수 있다는 것을 보여준다. 그러한 기록 매체는 알려진 제조기술을 사용하여 저비용으로 제조될 수 있다. 그 물질은 그것의 존재 또는 부재가 전기장 및/또는 자기장(또는 바이어스 필드라고 칭함)을 통해서 검출될 수 있기 때문에 전자기라고 불려진다. 비트 위치의 값은 그 물질의 자기 상태에 의존하지 않지만, 그 자체의 물질의 존재 또는 부재에 의존한다. 전자기 소자는 비트 위치의 최소 치수와 실질적으로 동일한 크기인 근접장 워킹 거리 내의 바이어스 필드에서 디스터번스(disturbance)를 검출한다. 정렬은 소자들을 근접장 워킹 거리 내의 비트 위치에 가깝게 그리고 그것의 반대쪽으로 가져가기 위해서 필요하다. 특히 정렬은 어레이가 정보 평면과 평행하게 그리고 정보 평면의 높이로 정렬된다는 점에서 스캐닝 시스템과는 다르다. 적합한 전자기 소자들은 고체 상태 제조방법, 예컨대 MRAN 자기 저장 디바이스의 제조방법을 이용하여 제조된다.

기록 매체의 일 실시예에 있어서, 정보 평면에서의 패턴은 돌출부 또는 함몰부를 갖는 기판 상의 전자기 물질의 층으로 구성되고, 상기 돌출부 또는 함몰부는 그 층의 전자기 물질을 근접장 워킹 거리 외부 또는 내부로 가져가는 기능을 한다. 이것은 기록 매체가 스탬핑과 같은 기계적 복제 기술을 이용하여 쉽게 제조될 수 있다는 이점을 갖는다.

더 나아가서 본 발명에 따른 기록 매체와 저장 디바이스의 바람직한 실시예는 독립 청구항에 제공된다.

도 1은 정보 매체부(정면)를 나타내고,

도 2a는 패턴된 정보 매체부를 나타내며,

도 2b는 엠보싱 정보 매체부를 나타내고,

도 2c는 엠보싱 입자를 갖는 정보 매체부를 나타내며,

도 3은 판독부를 나타내고,

도 4a는 저장 디바이스(정면)와 기록 매체를 나타내며,

도 4b는 저장 디바이스(측면)와 기록 매체를 나타내고,

도 4c는 카트리지 내의 기록 매체를 나타내며,

도 5는 정보 평면의 근접장 워킹 거리에서의 센서 소자를 나타내고,

도 6은 센서 소자의 상세를 나타낸다.

도면에서, 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 정보 매체부(평면도)를 나타낸다. 정보 매체부(10)는 비트 위치(11)의 어레이로 구성되는 전자기 물질(12)이 구비된 정보 평면을 갖는다. 정보 평면에의 전자기 물질(12)의 존재 또는 부재는 비트 위치의 값을 나타내는 물리적 파라미터를 제공한다. 이 정보 평면은 정보 매체부(10)의 최상면(13)에 적합하다. 정보 매체부의 최상면(13)은 판독부의 인터페이스면과 연결될 것이다. 정보 평면은 물리적(mechanical) 최상층으로부터 효율적인 거리에 있을 것으로 생각된다. 예컨대, 정보 평면을 보호하는 얇은 커버층은 정보 매체부의 외부층으로 구성될 수도 있다. 더 나아가서, 계획된(intended) 판독부의 근접장 워킹 거리(near-field working distance)의 밖에 있으며 최상면(13)으로부터 떨어져 있는 물질은 정보 평면의 부분으로 간주되지 않는다는 것에 주의해야 한다. 상기 판독부 내의 센서 소자는 정보 평면 부근에 배치되지만, 오염과 같은 일부 매개(intermediate) 물질은 사이에 존재할 수도 있다. 그래서, 효율적인 거리는 어떤 매개 물질에 의해 결정되고, 근접장 워킹 거리를 갖는 판독 센서는 인터페이스면으로부터 바깥쪽을 향해 정보 평면쪽으로 연장된다. 이하, 정보를 판독하는 정보 평면에의 전자기 물질의 존재 또는 부재의 물리적 효과를 도 5를 참조하여 아래에서 설명하기로 한다.

도 2a는 패턴된 정보 매체부의 단면도를 나타낸다. 정보 매체는 기판(21)을 갖는다. 정보 평면은 기판(21)의 최상단측 위에 전자기 물질의 패턴으로 이루어져 있고, 그 패턴은 비트 위치의 어레이로 구성된다. 제1 비트 위치(22)에서 그 물질은 예컨대, 로직값 '1'을 나타내기 위해 존재하고, 제2 비트 위치에서 그 물질은 로직값 '0'을 나타내기 위해 존재하지 않는다. 그 물질은 상기 센서소자에 의해 검출가능한 소프트한 자기 특성을 갖는다. 물질의 패턴은 비록 어떤 영구적인 자화도 필요하지 않다는 것에 주의하더라도 패턴된 자기 매체의 잘 알려진 제조방법에 의해 응용될 수 있다.

도 2b는 정보 매체부의 단면도를 나타낸다. 이 정보 매체는 기판(25)을 갖는다. 정보 평면은 기판(25)의 최상단측 위에 돌출부 및 함몰부를 갖는 전자기 물질의 연속 층으로 이루어져 있다. 그 층의 형상은 비트 위치의 어레이로 구성된다. 제1 비트 위치(26)에서 돌출부에 의해서 전자기 물질이 판독부의 근접장 워킹 거리 내에 있으면, 로직값 1을 나타낸다. 제2 비트 위치(27)에서 근접장 워킹 거리 바깥쪽으로 그 전자기 물질을 가져오는 함몰부에 의해 전자기 물질이 정보 평면으로부터 존재하지 않으면 로직값 0을 나타낸다. 엠보싱(embossed) 패턴은 CD 형태의 광 디스크를 제조하는 것과 비슷한 스탬프(stamp)를 이용한 프레싱(pressing)과 같은, 잘 알려진 제조방법에 의해 기판(혹은 자체의 층)에 적용될 수 있다. 예컨대, 그 방법은 전자빔 리소그라피(electron-beam lithography)를 이용해서 노출된 Si 웨이퍼 상이 레지스트 마스크를 형성하고, 이것을 마스터로서 이용한다. 바람직하게는, 홀은 Si 내에 에치되어, 2D 홀 패턴 내에 정보를 저장한다. 그런 후에 마스터를 이용하여, 혹은 사출 성형(injection moulding)을 통해서, 혹은 앰보싱을 통해서 혹은 2P를 통해서 포일(foil) 위에 그 패턴을 복사(replicate)한다. 그리고나서, 얇은 자기층을 (예컨대, 스퍼터링을 통해서) 리플리카(replica) 위에 적층하고, 선택적으로 그 물질을 균일한 외부 자기장에서 자화시킨다. 정확한 동작 원리를 위한 다양한 가능성이 있다는 것에도 주의한다. 정보 평면은 단순히 (소프트한 자기 물질을 이용하므로, 어떠한 자화 단계도 필요하지 않은) 플럭스 가이드(flux guide)로서 기능하고, 정보 평면은 외형 비등방성(shape anisotropy)을 이용하여 역(inverted) 홀의 수직 자화를 발생시키거나, 또는 정보 평면이 균일하게 자화되어, 홀의 엣지에서 표유장(stray field)을 발생시킨다. 후에 도 5에서 설명하겠지만, 이 제1 원리는 구체화하는 것이 가장 간단하다고 하는 이점을 갖는다. 그리고 그것은 최고의 상자성(paramagnetic)의 한계에 의해 강요된 비트 사이즈에 대한 제한을 벗어난다.

도 2c는 입자(particles)가 삽입된 정보 매체부의 단면도를 나타낸다. 이 정보 매체는 기판(28)을 갖는다. 정보 평면은 기판(28)의 최상단 측면에서 입자(29)로 구성된다. 비트 위치에 물질의 입자가 있느냐 입자가 없느냐에 따라 로직값을 나타낸다. 그 입자들은 판독부의 근접장 워킹 거리 내의 물질을 나타낸다. 명백하게, 비트 위치에 단 하나의 입자가 삽입되는 대신에, 다수의 작은 입자들이 사용될 수도 있다. 이 정보 매체는 기판 내에 비드(bead)의 패턴을 포함함으로써, 또는 아교(glue) 마스크를 이용하여 기판에 비트를 부착함으로써 제조된다. 양자택일로, 비드는 공간적으로 조절된 자기장을 인가함으로써 위치될 수 있다.

도 3은 판독부를 나타낸다. 판독부(30)는 상술한 정보 매체와 결합될 것이다. 또한, 판독부는 인터페이스면(32)를 갖는다. 이 인터페이스면(32)은 센서 소자의 어레이(31)를 구비한다. 이 어레이는 근접장 워킹 거리에서의 전자기 물질의 존재에 민감한 전자기 센서부의 2차원 레이아웃이다.

전자기 물질과 센서소자의 몇몇 결합이 채택될 수 있다는 것에 주의한다. 일 실시예에 있어서, 센서 소자는 소프트한 자기 특성을 갖는 물질의 존재 또는 부재에 영향을 받기 때문에, 자장을 발생시키고 그 자장을 검출하는 회로를 구비한다. 다른 실시예에 있어서, 센서 소자들은 용량성 커플링을 통해서 전자기 물질의 존재 또는 부재에 영향을 받기 때문에 전기장을 발생시키고 그 전기장을 검출하는 회로를 구비한다. 또 다른 실시예에 있어서, 센서 소자들은 와전류(eddy current)를 통해서 도전성 물질의 존재 또는 부재에 영향을 받기 때문에 변동 자장을 발생시키고 그 자장을 검출하는 회로를 구비한다. 또 다른 실시예에 있어서, 센서 소자들은 전자기장으로서 발광하며, 광원으로부터 근접장 워킹 거리에서의 물질의 효과를 검출하기 위해 배열된다. 아래에 설명될 다른 실시예는 자기 물질을 이용한다. 적합한 물질은 소프트한 자기 물질이고, 적합한 센서 소자는 자기저항 효과에 근거한다. 이후에 도 6을 참조하면서 하나의 예를 설명하기로 한다.

도 4a는 저장 디바이스(정면도)와 기록 매체를 나타낸다. 저장 디바이스는 기록 매체(40)를 수용하기 위한 개구부(36)와 하우징(35)을 갖는다. 기록 매체(40)는 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이 비트 위치(11)의 어레이를 갖는 정보 평면을 갖는 정보 매체부(10)를 포함한다. 더 나아가서, 기록 매체는 디바이스 상에서 상보적인 정렬 소자(38)와 결합하고, 상기 결합 중에 비트 위치와 대응하는 센서 소자 사이에서 근접장 워킹 거리 내의 센서 소자 근방에 비트 위치를 위치시키는 정렬소자(41)를 갖는다. 기록 매체의 판독은 아래에서 설명될 판독 장치 내에 매체를 삽입할 시에 적절한 정렬과 등록을 제공함으로써 실현된다. 일 실시예에 있어서, 정렬소자들은 정보 매체부의 외벽의 부분을 미리 정해서 정확히 형태를 취한다. 기록 매체는 실질적으로 상술한 정보 매체부 또는 정보 매체부를 포함하는 어셈블리일 수 있다. 예컨대, 정보 평면을 가지고 있는 단 하나의 기판은 후에 설명될 몇몇 형태의 정렬 소자를 수용하도록 형태가 취해진다.

저장 디바이스(35)와 기록 매체(40)가 결합할 때, 기록 매체는 개구부(36) 상에 위치된다. 이 개구부(36)는 도 3을 참조하여 설명한 판독부(30) 상의 인터페이스면(32)과, 정렬 소자(38), 예컨대 돌출 핀을 갖는다. 정렬소자(38, 41)는 인터페이스면과 평행한 2차원의 방향에서 판독부(30)의 인터페이스면의 위치에 관해서 기록 매체 상의 비트 위치의 배치를 결정하기 위해 배열된다.

일 실시예에 있어서, 개구부(36)는 하우징의 표면 내의 리세스(recess)이고, 이 리세스는 기록매체(40)의 외부주변과 결합하고 정보 매체부를 정렬시키는 정렬소자로서 벽의 형태를 정확히 취한다.

일 실시예에 있어서, 저장 디바이스는 센서 소자의 판독 신호를 분석하고 이웃하는 비트 위치들의 영향을 제거하는 프로세싱 회로를 구비한다. 어떤 센서 소자는 특히 일부 잔존하는 오정렬로 인해 인접한 비트 위치에 약간 영향을 받을 수도 있다. 그러나 이웃하는 센서 소자들의 판독 신호들을 분석하고 그들의 일부를 현재의 판독 신호로부터 감산함으로써, 현재의 비트 위치의 검출된 값이 향상된다. 그래서 심볼간 간섭의 전자에 의한 정정이 제공된다. 그 분석은 잔존하는 오정렬에 대한 글로벌 정보에 의해 제어될 수도 있고, 인접하는 판독 신호들 중 어느 것이 감산되어야 하는지 그리고 어느 정도로인지를 나타낸다.

인터페이스면과 수직한 방향에서, 일부 압축은 판독부 내의 센서 소자와 비트 위치의 거리가 근접장 워킹 거리 내에 있다는 것을 확인하는데 필요하다. 그 압력은 기록 매체를 저장 디바이스에 누르는 사용자 또는 기록 매체(미도시)의 최상단에 있는 탄력있는 덮개 또는 커버에 의해 제공될 수도 있다. 가까운 물리적 접촉을 달성하기 위한 다른 선택은 당업자에게는 잘 알려져 있다.

기록 매체의 일 실시예에 있어서, 정보 평면은 가요성 기판에 제공된다. 이 디바이스는 기판과 인터페이스면 사이에 낮은 압력 또는 진공을 생성시킴으로써, 가요성 기판을 인터페이스면과 가깝게 접촉시키는 압축 시스템을 구비한다. 일 실시예에서, 디바이스는 정보 매체를 인터페이스면으로 끌어당기는 인력장(attracting field)을 발생시키는 발생기를 구비한다. 인력장의 형태는 센서 소자에 의해 사용된 필드와는 다르다. 예컨대, 정전기장은 자기 형태의 기록 매체를 끌어당기기 위해 발생된다. 택일적으로, 자기장은 용량성 판독에 근거한 기록 매체에 대해서 발생된다.

일 실시예에 있어서, 디바이스 상의 정렬소자(38)는 인터페이스면(32)으로 기록 매체를 이동시키는 액추에이터에 접속된다. 단 하나의 비트 위치의 치수의 크기(즉 약간의 ㎛ 또는 더 적은)에서의 작은 이동은 센서 소자를 그 비트 위치와 정렬시키는데 충분하다. 액추에이터에 대한 몇몇 형태, 예컨대, 보이스 코일voice coil), 피에조(piezo) 형태 또는 정전기 형태가 사용된다. 일 실시예에 있어서, 액추에이터는 비트 위치의 오정렬을 검출함으로써 제어된다. 이 오정렬은 센서 소자의 판독 신호로부터 발생될 수 있다. 예컨대, 실질적인 오정렬이 있다면, 센서 소자는 인접한 비트 위치를 커버할 것이다. 동일한 값을 갖는 인접한 위치의 판독 신호들은 각기 다른 값을 갖는 인접한 위치의 판독 신호와는 다를 것이다. 그래서, 그런 차이가 발생하면, 즉 일부 비트 위치의 판독 신호들이 다른 비트 위치의 최대 레벨과 최소 레벨 사이의 중간 레벨에서의 값을 가지면, 오정렬이 검출된다. 관련성이 없는 데이터에서 중간 레벨은 각 이웃하는 위치가 같은 또는 다른 로직값을 갖는다는 사실로 인해, 비트 위치의 대략 50%에서 발생할 것이다. 일 실시예에 있어서, 알려진 이웃하는 비트들을 갖는 소정의 제어 패턴들은 오정렬 검출을 위해 포함된다. 제어 신호는 액추에이터를 활성화시키기 위해 발생되고, 제어 신호를 인가한 후에 판독 신호가 다시 분석된다. 일 실시예에 있어서, 기록 매체는 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.

기록 매체의 실시예에 있어서, 정보 평면은 정보 매체의 소정의 영역 내의 정보 평면 내의 유일한 패턴인 위치 마크 패턴을 구비한다. 저장 디바이스는 센서 소자로부터 검출된 신호들을 분석함으로써 센서 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 센서 소자들은 항상 처음에 상기 큰 영역에 의해 커버될 것이다. 주변 센서 소자들을 분석함으로써 그 오정렬은 쉽게 검출될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 센서 소자들의 어레이는 실질적으로 정보 평면보다 예컨대 4배 더 작다. 이 디바이스는 정보 평면의 영역을 판독하는 4개의 판독 위치에서 센서 소자들의 어레이 또는 기록 매체를 위치시키기 위해 배열되는 액추에이터를 구비한다.

일 실시예에 있어서, 기록 매체의 정렬소자는 장방형의 돌출된 안내 바(bar)로 구성되고, 이 다바이스 상의 상보적 안내 소자들은 슬롯 또는 홈이다. 이들 소자에 의한 정렬은 한 평면의 치수(one planar dimension)에서 효율적이다. 다른 평면의 치수에서의 정렬은 이 디바이스 상의 벽(wall) 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 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(측면도) 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 접촉(close contact)은 판독기의 슬롯이 폐쇄될 때 정보 매체의 반대 방향으로 판독 어레이를 누름으로써 얻어진다. 개구부(43)는 도 3을 참조하여 설명한 판독부(30) 상에 인터페이스면(32)을 구비하고, 개구부의 내측 선단에는 정렬소자(42)를 구비하며, 개구부(43)의 입구측에는 외부 정렬소자(44)를 구비한다. 외부 정렬 소자(44)는 기록 매체를 고정시키기 위해 배치된다. 기록 매체는 그 디바이스 상의 고정 외부 정렬 소자(44)와 결합하고, 상기 결합 시에 비트 위치와 대응하는 센서 소자 사이의 근접장 워킹 거리 내에 있는 센서 소자 근방에 비트 위치를 배치시키기 위한 돌출된 정렬소자(41)를 갖는다. 클램핑 이동은 기록 매체를 개구부로 십입하는 동안 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 자기 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 닦기 위해 커버(48) 위에 위치되거나 커버(48)에 의해 이동된다. 택일적으로, 패드 또는 브러시와 같은 다른 클리닝은 그 자체의 카트리지 위에 위치될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 카트리지는 커버(40)에도 불구하고 폐쇄된 카트리지로 들어간 어떤 먼지 입자를 끌어당기기 위한 먼지 흡인 내부층을 구비한다.

도 5는 정보 평면의 근접장 워킹 거리에서의 센서 소자를 나타내다. 어레이의 2개의 센서소자(54,56)가 도시되어 있다. 센서소자(54, 56) 위에서, 정보 매체부는 기판(51)과 자기물질(52)로 이루어진 층을 갖는 것으로 도시되어 있다. 비트 위치(53)에서, 돌출부는 자기 물질을 센서소자(56)에 밀착시키고, 근접장 워킹 거리에 이르게 한다. 인접한 비트 위치에서 그 물질은 다음 센서 소자(54)의 근접장 워킹 거리 바깥쪽에 있다. 센서 소자는 전기적 전류를 리드(58)를 통해서 센서소자(56) 아래로 인도함으로써 자장(55, 57)을 발생시키기 위해 배열된다. 그 자장은 자기 물질의 존재 또는 부재에 영향을 받아, 센서 소자의 최상층에서 서로 다른 자기 방향을 갖는다. 그 방향은 자기 저항 효과, 예컨대 GMR, AMR 또는 TMR을 이용함으로써 다층 또는 단층 스택을 갖는 센서 소자에서 검출된다. TMR 형태의 센서는 본 발명의 판독 전용 센서 소자에 대한 저항 매칭 분별을 위해 선택된다.

도면에 도시한 바와 같이 정보 매체 상에 있는 자기층의 한 부분의 부근에 의해서 바이어스 필드의 필드 라인이 TMR-소자로부터 떨어지게 된다. 그 물질은 플럭스 가이드(flux guide)로서 작용하고, 그 필드 라인은 스핀 터널 정션(spin-tunnel junction)의 자유층을 통과하는 대신에 물질을 통과한다. 층간 정자기 결합이 역평행(antiparalle) 자화 배열을 발생시키도록 스핀 터널 정션의 스택이 디자인되면, 그리고 어떠한 외부 자장도 인가되지 않으면, 자기층의 돌출부의 부근이 높은 저항을 발생시키지만, 반대로 바이어스 필드는 낮은 저항 상태를 야기시킬 것이다. 일 실시예에 있어서, 전류 전달 컨덕터는 바이어스 필드에 대한 필드 발생 스트랩(strap)으로서 사용된다. 양자택일로, 이것은 영구 자석일 수도 있다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에는 자명한 것으로서, 바이어스 필드에 대해 많은 변화가 가능하고 또한 표유장이 사용될 수도 있다. 매체 내의 바이어스 필드는 기판(도면에 도시한)의 평면 내에 있을 수 있지만, 양자택일로 스핀-터널 정션의 층의 평면 내에 성분(components)을 갖는 자기층으로부터 유기장을 발생시키는 기판과 수직한 바이어스 필드를 고려할 수도 있다. 제시된 예들은 인-플레인(in-plane) 감도를 갖는 자기저항 소자를 이용하지만, 수직 필드에 민감한 소자를 이용하는 것도 가능하다. 자기저항 효과를 이용하는 센서의 기술에 대해서는 "Magnetoresistive sensors and memory" by K.-MHLenssen 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.

이 저장 시스템에서, 데이터는 정보 평면 상의 센서와 반대 쪽에 있는 비트 위치로 인해 센서 소자에서 발생하는 자화 방향에 의해 표시된다. 다층 스택에서 검출된 MR(magnetroresistance) 현상에 근거한 저항 측정(measurement)에 의해 판독이 행해진다. 센서들은 박막 내의 AMR(anisotropic magnetroresistance) 효과에 근거를 둘 수 있다. 박막 내의 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, ≒50%까지의 저항 변화가 나타난다. 바이어스 전압에 대한 TMR 효과의 강한 의존도로 인해, 실질적 어플리케이션에서의 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 다바이스에서는, 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, 소형화를 이용하여, CPP 및 GMR에 근거한 센서들이 가능하다.

도 6은 센서 소자를 상세히 나타낸다. 이 센서는 자유 자기층(62), 터널링 배리어(63), 및 고정 자기층(64)으로 이루어진 층들의 다층 스택으로 판독 전류(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. 이 선택 트랜지스터(66)는 그것의 게이트에 인가되는 제어전압에 의해 활성화될 때 상기 판독 전류(67)를 그라운드 레벨에 연결시켜서 각 비트 셀을 판독한다. 고정 자기층(64; 또는 핀드(pinned)층이라고 칭함.)과 자유 자기층(62)에 존재하는 자화 방향(69)은 MRAM 메모리 내의 비트 셀 소자와 비슷한, 터널링 배리어(63) 내의 저항을 결정한다. 자유 자기층 내의 자화는 물질이 화살표 60으로 표시된 근접장 워킹 거리 내에 있을 때 도 5에서 설명한 센서의 반대쪽에 있는 비트 위치에서의 물질에 의해 결정된다.

일 실시예에 있어서, 바이어스 필드를 발생시키기 위해서 어떤 추가적인 수단도 필요없지만, 바이어스 필드는 효율적으로 스핀 터널 정션 내에 내장된다. 이것은 다음의 방법으로 달성될 것이다. 내장형 영구자석은 스핀 터널 정션 아래쪽 또는 위에 있는 추가적인 경자기(hard-magnetic)층 또는 "과도한 크기(over-dimensioned)" 핀드층, 예컨대, 교환 바이어스(exchange-biased)층, 또는 "의사-핀 밸브(pseudo-spin valve like)" MR-소자의 경우에서의 경자기층에 의해 달성된다. 정전기 결합은 일반적으로 스핀 터널 정션에 대한 경우이기 때문에 핀드층과 자유층 간의 어떤 직접적인 교환 결합에 큰 영향을 준다는 것은 중요하다. 자유층 상의 정전기 결합의 효과는 정보 매체의 소프트한 자기층이 소자, 즉 근접장 워킹 거리 내에 접근할 때 급격하게 감소되어야 한다. 이것은 거리를 충분히 좁게 함으로써 그리고 이 층의 두께를 충분히 두껍게 함으로써 달성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 정보 평면 내의 물질은 센서 소자 내의 자유층의 자화 방향과 평행한 방향으로 영구적으로 자화된다. 정보 매체와의 결합이 MR 소자 내의 다른 층과의 결합보다 강하면, 플럭스 폐쇄(flux closure)로 인해 정보 매체 내의 돌출부가 자유층의 자화의 반전을 초래한다.

센서 소자에 대하여, MRAM의 필요조건과 비교된 다른 필요조건 때문에, 스핀 터널 정션의 조성물(composition) 및 특성은 MRAM에 사용된 것들과 비교해서 개작된다. MRAM에 대하여 2개의 안정된 자화 배열(즉, 평행과 역평행)이 저장을 위해 필수적이지만, 이것은 제안된 센서 소자에 대한 예(case)가 아니다. 여기서, 판독 감도는 아주 중요하지만, 쌍안정(bi-stable) 자화 배열은 일반적으로 관련이 없다. 물론 핀드층 또는 교환 바이어스층 내의 기준 자화의 방향은 항상 변하지 않아야 한다. 따라서, 검출층으로서 작용하는 자유층에 대하여, 낮은 보자력(coercivity)을 갖는 물질이 선택된다.

일 실시예에 있어서, 다수의 센서 소자들은 동시에 판독된다. 비트 셀의 어드레싱은 교차선의 어레이에 의해 행해진다. 판독방법은 센서의 형태에 의존한다. 의사-핀(pseudo-spin) 밸브의 경우에, 다수의 셀(N)은 이들 금속제 셀의 저항이 비교적 작기 때문에 워드라인에 직렬로 접속될 수 있다. 이것은 하나의 스위칭 소자(통상 트랜지스터)가 N개의 셀마다 필요하다는 흥미있는 이점을 제공한다. 관련된 단점은 상대적 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 존재할 것이지만, 다른 층의 자화는 소정의 방향으로 설정되고 반대 방향으로 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.

본 발명에 따른 메모리 디바이스는 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 매우 잘 복제가 방지된 메모리이다. 이 복제방지에 의해, 어떠한 기록/재기록 가능한 버젼의 기록 매체도 존재하지 않고 소비자가 판독 전용 정보 매체를 복제할 수 없으며, (정확한) 바이어스 필드 없이 정보 매체를 판독할 수 없다. 예컨대, 이러한 형태의 메모리는 게임 배포에 적합하다. 현재의 해결과 대조적으로, 그것은 다음의 특성, 예컨대 복제의 용이성, 복제 방지, 즉응(instant-on), 빠른 액세스 시간, 로버스트(robust), 이동이 없는 부분(no moving parts), 저전력소모 등을 갖는다.

비록 본 발명이 소프트한 자지 물질과 플럭스 가이드를 이용하는 실시예로 주로 설명되었더라도, 근접장 상호작용(interaction)의 어떤 형태, 예컨대 용량성 결합이 사용될 수 있다. 본 명세서에서는, '포함하는(comprising)' 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.