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KR100468850B1 - 저항성 팁을 구비하는 반도체 탐침 및 그 제조방법 및 이를 구비하는 정보 기록장치, 정보재생장치 및 정보측정장치 - Google Patents

저항성 팁을 구비하는 반도체 탐침 및 그 제조방법 및 이를 구비하는 정보 기록장치, 정보재생장치 및 정보측정장치 Download PDF

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KR100468850B1
KR100468850B1 KR10-2002-0025400A KR20020025400A KR100468850B1 KR 100468850 B1 KR100468850 B1 KR 100468850B1 KR 20020025400 A KR20020025400 A KR 20020025400A KR 100468850 B1 KR100468850 B1 KR 100468850B1
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Abstract

저항성 팁을 구비하는 반도체 탐침 및 그 제조방법 및 이를 이용한 정보기록 및 재생방법이 개시된다. 개시된 반도체 탐침은, 제 1불순물이 도핑된 팁과, 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하며, 팁은, 팁의 첨두부에 위치하며, 제1불순물과 다른 제 2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역 및, 저항영역과 접촉하도록 저항영역의 주변에 위치하며 제 2불순물이 고농도로 도핑되어 형성되는 제 1 및 제 2반도체 전극 영역을 구비한다. 본 발명의 반도체 탐침은 반도체 전극 영역 사이에 저항 영역을 형성하여 외부전계에 의한 반도체 공핍층의 형성유무를 감지할 수 있으므로 감도가 우수하다.

Description

저항성 팁을 구비하는 반도체 탐침 및 그 제조방법 및 이를 구비하는 정보 기록장치, 정보재생장치 및 정보측정장치{Semiconductor probe with resistive tip and Method of fabricating thereof and Information recording apparatus, Information reproducing apparatus, and Information measuring apparatus comprising the same}
본 발명은 저항성 팁을 채용한 반도체 탐침 및 그 제조방법 및 이를 구비하는 정보기록장치, 정보재생장치 및, 정보측정장치에 관한 것이다.
오늘날 휴대용 통신 단말기, 전자 수첩등 소형 제품에 대한 수요가 증가함에따라 초소형 고집적 비휘발성 기록매체의 필요성이 증가하고 있다. 기존의 하드 디스크는 소형화가 용이하지 아니하며, 플래쉬 메모리(flash memory)는 고집적도를 달성하기 어려우므로 이에 대한 대안으로 주사 탐침(Scanning probe)을 이용한 정보 저장 장치 및 방법이 연구되고 있다.
탐침은 여러 SPM(Scanning Probe Microscopy)기술에 이용된다. 예를 들어, 탐침과 시료 사이에 인가되는 전압차이에 따라 흐르는 전류를 검출하여 정보를 재생하는 주사 터널링 현미경(Scanning Tunneling Microscope; STM), 탐침과 시료 사이의 원자적 힘을 이용하는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope; AFM), 시료의 자기장과 자화된 탐침간의 힘을 이용하는 자기력 현미경(Magnetic Force Microscope; MFM), 가시광선의 파장에 의한 해상도 한계를 개선한 근접장 주사 광학 현미경(Scanning Near-Field Optical Microscope; SNOM), 시료와 탐침간의 정전력을 이용한 정전력 현미경(Electrostatic Force Microscope;EFM)등에 이용된다.
이러한 SPM 기술을 이용하여 정보를 고속 고밀도로 기록 및 재생하기 위해서는 수십나노미터 직경의 작은 영역에 존재하는 표면전하를 검출할 수 있어야 하며, 기록 및 재생속도를 향상시키기 위해 캔티레버를 어레이 형태로 제작할 수 있어야 한다.
도 1a 및 도 1b는 국내공개특허 제2001-45981호에 기재된 전계효과 트랜지스터 채널구조가 형성된 스캐닝 프로브 마이크로스코프의 탐침에 관한 사시도와 부분확대도이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(20)이 식각되어 형성된 탐침(10)이 막대 모양으로 돌출되어 있으며, 탐침(10)과 접속되는 말단부의 좌우로 전극패드(20a, 20b)가 서로 마주보고 있다.
도 1a의 원 A를 확대한 도 1b를 참조하면, 탐침(10)의 V자형 팁 끝의 경사면에 소스(11)와 드레인(13)영역이 형성되어 있으며 그 사이로 채널영역(12)이 형성되어 팁의 중심부에 위치하고 있다.
이러한 구조를 가지는 탐침의 팁은 캔티레버의 말단에 위치하므로 어레이형태의 제작이 어려우며 수십나노미터의 반경을 가지도록 제조하기가 용이하지 않다. 종래의 기술에서는 이러한 탐침을 제조하기 위해 캔티레버상에 수직으로 위치하도록 산화공정등과 같은 제반공정을 거쳐 수십 나노미터 크기의 반경을 가지는 팁을 구현한다. 하지만, 수 마이크로미터 높이의 팁이 형성된 상태에서는 사진식각공정의 정밀도가 많이 떨어지므로 짧은 채널 길이를 가지는 소스와 드레인 영역을 형성하기가 어렵다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 소스와 드레인 전극(11, 13)이 형성되어진 MOSFET(Metal On Semiconductor Field Effect Transistor) 팁을 이용하여 정보를 재생하는 방법을 간략히 나타낸 도면이다.
도 2a를 참조하면, 종래의 MOSFET 팁(10)은 p형 불순물이 도핑된 V자형의 팁(10)의 경사면에 n형 불순물이 도핑된 소스영역(11)과 드레인 영역(13)을 구비하며, 기록매체(15)의 표면을 이동하며 표면전하(17)의 극성에 따라 채널(12)에 흐르는 전류의 값을 검출하여 표면전하(17)의 극성과 크기를 검출한다.
도 2b는 종래의 MOSFET 팁(10)의 첨두부를 확대하여 공핍영역(14)이 확산되어 가는 것을 간략히 보이고 있다.
도 2b를 참조하면, 탐침의 팁(10)이 양의 표면전하(17)의 상부에 위치하는 경우 p형 불순물이 도핑되어 있는 채널 영역(12)의 정공이 표면전하(17)가 발생시키는 전계에 의해 소스와 드레인 영역(11, 13)이 있는 위치까지 조금씩 이동한다.
정공이 이동하면서 정공이 공핍되는 공핍영역(14)은 그 범위가 확산되는데, 공핍영역의 크기가 최대가 되는 전계값 이상의 전계가 가해질 경우 팁의 끝에 소수 캐리어인 전자의 채널이 형성되고 그보다 더 큰 전계가 인가되어 소스와 드레인 영역(11, 13)에 접촉하도록 전자 채널이 형성되면 소스와 드레인 영역(11, 13)간에 인가된 전압에 의해 전류가 채널을 통해 흐르게 된다.
즉, 종래의 MOSFET 팁은 표면전하에 의한 전계가 소스 및 드레인 영역까지 소스 캐리어의 채널을 형성시킬 수 있는 문턱전계값 이상을 가지는 경우에만 트랜지스터로 동작하므로, 문턱전계값보다 작은 전계를 발생시키는 표면전하는 검출할 수 없어 구동 범위가 제한적이며 감도가 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 전계에 대한 감도가 우수한 저항성 팁을 가지는 반도체 탐침과 자기정렬방법을 이용하는 반도체 탐침 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, MOSFET 탐침이 검출할 수 있는 소스와 드레인 영역간의 최소 전계값보다 낮은 전계를 검출하여 기록매체에 정보를 기록하거나 재생하는 정보기록장치 , 정보재생장치, 및 정보측정장치를 제공하는 것이다.
도 1a는 국내공개특허 제2001-45981호에 개시된 스캐닝 프로브 마이크로스코프의 탐침을 나타낸 도면,
도 1b는 도 1a의 A를 확대한 확대도,
도 2a는 종래의 MOSFET 팁을 이용하여 기록매체의 표면전하를 검출하는 방법을 간략히 나타낸 개념도,
도 2b는 종래의 MOSFET 팁에서 공핍영역이 확장되는 원리를 간략히 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탐침을 간략히 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탐침에서 공핍영역이 확장되는 원리를 간략히 나타낸 개념도,
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 실시예에 따른 탐침의 제조방법을 나타낸 도면,도 6은 도 5i의 원 B의 확대도,도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침을 구비하는 정보저장장치를 간략히 나타낸 구성도,
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 탐침의 제조방법에 의해 제조된 탐침을 이용하여 정보를 재생하는 방법을 간략히 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 탐침의 제조방법에 의해 제조된 탐침을 이용하여 정보를 기록하는 방법을 간략히 나타낸 도면,도 10은 본 발명의 실시예에 따른 탐침의 팁의 SEM 사진,도 11은 본 발명의 실시예에 따른 탐침을 이용하여 PZT막의 유전분극을 검출한 이미지,도 12는 본 발명의 실시예에 따른 탐침을 이용하여 PZT막의 유전분극을 검출한 이미지.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
30, 50, 109 ; 팁 31 ; 기판
32, 52 ; 제1반도체 전극영역33a, 33b, 33c, 33d, 33e, 33f, 33g ; 마스크막
34, 54 ; 제2반도체 전극영역 35b, 35c, 35d, 35e ; 감광제
31a, 31b, 31g ; 저항 영역 37 ; 절연층
38a, 38c ; 포토마스크 39 ; 전극
41, 108 ; 캔티레버 51 ; 전원
53, 103 ; 기록매체 55 ; 하부전극
59 ; 유전체층 68 ; 공핍영역101 ; 스테이지 105 ; 반도체 탐침 어레이107 ; 반도체 탐침 111 ; 제2신호처리모듈113 ; 제1신호처리모듈
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,제 1불순물이 도핑된 팁과, 상기 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하며,상기 팁은,상기 팁의 첨두부에 위치하며, 상기 제 1불순물과 다른 제 2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역; 및상기 저항영역과 접촉하도록 상기 저항영역의 주변에 위치하며, 상기 제2불순물이 고농도로 도핑되어 형성된 제1 및 제2반도체 전극 영역;을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 탐침을 제공한다.상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,제1불순물을 도핑한 기판의 표면에 상기 제1불순물과 다른 제2불순물을 저농도 도핑하여 저항영역을 형성하는 제1단계;상기 저항영역의 상면에 마스크막을 소정 형태로 형성하고, 상기 마스크막을 제외한 기판의 영역에 상기 제2불순물을 고농도 도핑하여 제1 및 제2반도체 전극 영역을 형성하는 제2단계;상기 마스크막과 직교하는 방향으로 스트라이프형의 감광제를 도포한 다음, 식각공정을 수행하여 상기 마스크막을 소정 형태로 형성하는 제3단계;상기 마스크막을 제외한 기판의 영역을 식각하고 열산화공정을 수행하여 반도체 탐침을 형성하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 탐침의 제조방법을 제공한다.상기 제2단계에서, 상기 마스크막은 스트라이프형인 것을 특징으로 하는 반도체 탐침의 제조방법.상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,전극층과, 상기 전극층 상에 적층된 강유전성막을 구비한 기록매체에 정보를 기록하는 정보기록장치에 있어서,제1불순물이 도핑된 팁의 첨두부에 상기 제1불순물과 다른 제2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역 및, 상기 저항영역과 접촉하도록 상기 저항영역의 주변에 상기 제2불순물이 고농도로 도핑되어 형성된 제1 및 제2반도체 전극 영역을 구비하는 팁과, 상기 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하는 반도체 탐침을 포함하며,상기 제1 및 제2반도체 전극 영역에 전압을 인가하여 상기 기록매체의 전극층과 상기 팁 간에 전계를 유도함으로써 상기 강유전성막에 유전분극을 형성하여 정보를 기록하는 반도체 탐침을 이용한 정보기록장치를 제공한다.상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,강유전성막을 구비한 기록매체에 기록된 정보를 재생하는 정보재생장치에 있어서,제 1불순물이 도핑된 팁의 첨두부에 상기 제1불순물과 다른 제2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역 및, 상기 저항영역과 접촉하도록 상기 저항영역의 주변에 상기 제2불순물이 고농도로 도핑되어 형성된 제1 및 제2반도체 전극 영역을 구비하는 팁과, 상기 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하는 반도체 탐침을 포함하며,상기 기록매체에서 발생되는 전계에 의해 변화하는 상기 저항영역의 저항값의 변화를 검출하여 상기 정보를 재생하는 반도체 탐침을 이용한 정보재생장치를 제공한다.상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 또한,전계에 대한 정보를 가지는 시료의 정보를 측정하는 정보측정장치에 있어서,제 1불순물이 도핑된 팁의 첨두부에 상기 제1불순물과 다른 제2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역 및, 상기 저항영역과 접촉하도록 상기 저항영역의 주변에 상기 제 2불순물이 고농도로 도핑되어 형성된 제 1 및 제 2반도체 전극 영역을 구비하는 팁과, 상기 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하는 반도체 탐침을 포함하며,
상기 시료에서 발생되는 전계에 의해 변화하는 상기 저항영역의 저항값의 변화를 검출하여 상기 정보를 측정하는 반도체 탐침을 이용한 정보측정장치를 제공한다.
본 발명은 팁 끝에 소스 및 드레인 영역과 동일한 불순물이 저농도로 도핑된 저항 영역을 형성하여 공핍 영역의 크기 변화에 따른 저항값의 변화를 검출할 수 있어 종래의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)보다 감도가 우수하다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침의 팁부분만을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침의 팁은, 제1불순물이 도핑된 팁(50)의 몸체부(58)와, 팁(50)의 첨두부에 위치하며 제2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역(56)과, 저항 영역(56)의 주변 경사면에 위치하며 상기 제2불순물이 고농도로 도핑된 제1 및 제2반도체 전극 영역(52, 54)을 구비한다. 여기서, 제1불순물이 p형 불순물인 경우 제2불순물은 n형 불순물이고 제1불순물이 n형 불순물인 경우 제2불순물은 p형 불순물이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침에서, 기록매체의 표면전하(57)의 전하량의 차이는 발생되는 전계의 크기 차이를 유발하고, 전계의 크기 차이는 저항영역(56)의 저항값 차이를 유발하는데, 이 저항값의 변화로부터 표면 전하의 극성과 크기를 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침의 팁(50)의 말단부를 확대한도면이다.
도 2b에 도시된 바와 같은, 종래의 FET 팁(10)에서는, 공핍 영역(14)이 형성되어 팁 끝에 소수 캐리어인 전자의 채널이 형성되고 공핍영역(14)이 제1 및 제2반도체 전극 영역(11, 13)까지 확장되어 전자 채널이 형성되어야 소스 및 드레인 영역(11, 13)간에 전류가 흐르게 되고 그 전류의 크기로부터 표면 전하의 극성을 검출할 수 있으나, 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 저항성 팁(50)은 공핍 영역(68)이 제1 및 제2반도체 전극 영역(52, 54)까지 확산되지 않더라도 표면전하(57)의 극성과 크기를 검출할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침은, 종래의 FET팁에 비해 표면전하를 감지할 수 있는 문턱전계값이 낮아져 팁(50)의 감도가 더 우수하다.
도 4를 참조하면, 저항 영역(56)의 내부에 형성되는 공핍 영역(68)이 표면 음전하(57)가 발생시키는 전계에 의해 점차 제1 및 제2반도체 전극 영역(52, 54)방향으로 확장되고 있는 것을 볼 수 있다.
저항 영역(56)의 저항값(R)은, 수학식 1과 같은 관계식을 만족하므로, 저항 영역(68)의 면적 변화(A)에 반비례한다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이 공핍영역(68)의 면적이 증가하면 저항 영역(38)의 저항값(R)은 증가하게 된다. 저항값(R)의 변화는 본 발명의 실시예에 따른 저항성 탐침에 흐르는 전류의 변화를 가져오므로 전류의 변화로부터 기록매체의 표면전하를 검출할 수 있다. 수학식 1에서 ρ는 저항율(resistivity), l은 길이(m), A는 면적(m2)이다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침의 제조방법은 크게, 저항 영역형성단계, 반도체 전극 영역 형성단계, 마스크막을 사각형으로 형성하는 단계 및, 탐침(30) 형성 단계로 나뉜다.
첫 번째 단계로, 저항 영역(31a)을 형성하기 위해, 도 5a에 도시된 바와 같이 제1불순물로 도핑된 실리콘 기판(31) 또는 SOI(Silicon On Insulator)의 표면에 제2불순물을 저농도 도핑하여 저항 영역(31a)을 형성한다.
두 번째 단계로, 반도체 전극 영역(32, 34)을 형성하기 위해, 도 5b에 도시된 바와 같이, 저항 영역(31a)을 형성하기 위해 저농도 도핑을 한 실리콘 기판 위에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 등의 마스크막(33a)을 형성하고, 감광제(35b)를 그 상면에 도포한 다음 스트라이프형의 마스크(38a)를 그 상부에 배치시키고 노광, 현상 및 식각 공정을 수행한다.
상술한 사진 식각공정을 통해, 도 5c에 도시된 바와 같이, 스트라이프형의 마스크막(33b)을 기판(31)의 상부에 형성시킬 수 있다. 마스크막(33b)을 원하는 형태로 형성한 다음, 마스크막(33b)을 제외한 영역을 제2불순물로 고농도 도핑하여 제1 및 제2 반도체 전극 영역(32, 34)을 형성한다.
도 5c에 도시된 이온 주입 공정에서, 제1 및 제2반도체 전극 영역(32, 34)은 저항 영역(31b)보다 비저항값을 매우 낮게 형성할 수 있다. 제1 및 제2반도체 전극 영역(32, 34)간의 저항 영역(36)의 폭을 마스크막(33)의 폭보다 줄이기 위해 이온 주입 공정 후 별도의 열처리(annealing) 공정을 수행하여 고농도 영역을 확산시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침 제조방법에서는, 팁(30) 제작 전에 제1 및 제2반도체 전극 영역(32, 34)을 형성하는 이온 주입 공정을 수행하여, 미세한 사진 식각 공정을 수행할 수 있으며 저항 영역(31b)의 폭을 용이하게 감소시킬 수 있다.
세 번째로, 마스크막(33c)을 사각형으로 형성하기 위해 도 5d 및 도 5e에 도시된 사진 식각공정(photo lithography)과 건식 식각공정(dry etching)을 행한다.
먼저, 도 5d에 도시된 바와 같이, 사진 식각 공정을 수행한다.
기판(31)의 상면에 마스크막(33c)을 덮도록 감광제(35c)를 도포한 다음 그 상부에 마스크막(33c)과 직교하도록 스트라이프형의 포토마스크(38c)를 배치시키고 노광, 현상 및 식각 공정을 실시하면, 포토마스크(38c)의 형태와 동일한 형태의 감광제(35c)층이 형성된다.
다음 도 5e에 도시된 바와 같이, 스트라이프형의 감광제(35d)에 의해 덮히지 않은 마스크막(33d)을 건식 식각하여 도 5f에 도시된 바와 같이, 마스크막(33e)의 형태를 사각형으로 형성한다.
건식 식각법에는 기판 표면에 이온을 충돌시키는 물리적인 방법, 플라즈마속에서 발생되는 반응물질들의 화학반응을 이용한 화학적인 방법 또는 이온, 전자, 광자 등에 의해 이루어지는 화학작용에 의한 물리적 화학적 방법등이 있다.
마지막으로, 탐침을 형성하기 위해, 사각형의 마스크막(33f)을 마스크로 하여 도 5g에 도시된 바와 같이 기판(31)을 습식 또는 건식 식각하여, 도 5h에 도시된 바와 같이 팁(30)의 경사면에 제1 및 제2반도체 영역(32, 34)을 위치시키고, 저항영역(31g)을 팁(30)의 첨두부로 정렬시킨다.
도 5i는 상술한 제반 공정을 실시하여 완성된 본 발명의 실시예에 따른 탐침을 보인다.
도면을 참조하면, 실리콘 기판(31)의 상부에 절연층(37)이 적층되어 있으며, 절연층(37)의 상면에는 전극(39)이 형성되어 있다. 기판(31)의 표면의 실리콘층으로부터 캔티레버(41)가 연장되어 있으며, 캔티레버(41)의 표면에 수직한 방향으로 팁(30)이 형성되어 있다. 팁(30)의 경사면에는 제2불순물이 고농도 도핑된 제1 및 제2반도체 전극 영역(32, 34)이, 팁(30)의 첨두부에는 제2불순물이 저농도 도핑된 저항 영역(31g)이 위치하고 있다. 반도체 전극 영역(32, 34)은 캔티레버(41)를 통해 금속 전극과 연결된다.도 6은 도 5i의 원 B를 확대한 확대도로서, 본 발명의 실시예에 따른 탐침의 팁 부분을 자세하게 보이고 있다. 도 6을 참조하면, 팁(30)의 첨두부에 저항영역(31g)이 위치하고 있으며, 저항영역(31g)에 접촉하는 제1전극 영역(32)과 제2전극영역(34)이 소정 간격 이격되어 위치하고 있다. 제1전극 영역(32)과 제2전극 영역(34)은 각각 팁(30)의 좌반면과 우반면에 배치되어 있으며 캔티레버까지 연장되고 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침을 구비하는 정보 기록 및 재생, 측정을 위한 정보저장장치에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 도 5i에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침을 채용하는 정보저장장치의 일 구현예를 간략히 나타낸 구성도이다.도 7을 참조하면, 기록매체(103)가 안착된 스테이지(101)가 최하부에 위치하고, 기록매체(103)의 상부에는 반도체 탐침(107)이 복수개 정렬된 반도체 탐침 어레이(105)가 배치되고, 반도체 탐침 어레이(105)의 상부에는 외부 정보를 탐침이 기록할 수 있는 신호로 변환하거나 탐침이 재생한 신호를 정보로 변환하여 외부로 전달하는 제1신호처리모듈(113)과, 제1신호처리모듈(113)로부터 변환된 신호를 반도체 탐침 어레이(105)에 전달학나 반도체 탐침 어레이(105)에서 발생하는 신호를 제1신호처리모듈(113)에 전달하는 제2신호처리모듈(111)이 배열된다.스테이지(101)는 기록매체(103)를 구동하여 기록매체(103)를 원하는 반도체 탐침(107)으로 이동시킨다.이하 본 발명의 실시예에 따른 정보저장장치를 이용한 정보기록 및 재생방법에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.도 8a는 p형 불순물 도핑을 통해 저항 영역이 형성된 탐침을 이용하여 양의 표면전하를 검출하는 정보재생방법을 나타내고, 도 6b는 n형 불순물 도핑을 통해 저항 영역이 형성된 탐침을 이용하여 음의 표면전하를 검출하는 정보재생방법을 나타내고 있다.
도 8a를 참조하면, 제1 및 제2 반도체 전극 영역(52, 54)에 p형 불순물이 고농도 도핑되고, 저항 영역(56)에 p형 불순물이 저농도 도핑된 경우, 팁(50)이 위치하는 부분이 양의 표면전하(57)를 가지면, 전하로부터 발생되는 전계에 의해 팁 끝 저항 영역(56)에 공핍 영역이 형성된다.
공핍 영역은 부도체 영역으로 기능하므로 결과적으로 저항 영역(56)의 면적이 감소되어 저항값은 커지게 된다. 이 저항값의 변화를 통해 저항성 팁은 양의 표면전하를 검출할 수 있다. 음의 표면전하 위해 팁을 위치시킬 경우 공핍영역이 형성되지 않아 저항값의 변화가 거의 없으므로 표면전하의 극성을 구별할 수 있다. 음의 전하를 정보 0으로, 양의 전하를 정보 1로 정의할 수 있고 또는 그 역도 가능하다.
도 8b를 참조하면, 제1 및 제2반도체 전극 영역(52, 54)에 n형 불순물을 고농도 도핑하고, 저항 영역(56)에 n형 불순물이 저농도 도핑된 경우, 팁(50)이 위치하는 부분의 표면전하(57)가 음이면, 전하로부터 발생하는 전계에 의해 저항 영역에 공핍 영역이 형성된다. 본 발명의 실시예에 따른 저항성 팁을 이용하여 저항성 영역의 면적이 감소되면서 저항값이 변하게 되어 음의 표면전하를 검출하는 원리는 도 8a에서 상술한 바와 같다.
표면 전하(57)가 양인 경우 공핍영역의 확산은 일어나지 않고 저항값의 변화가 거의 없으므로 표면전하의 극성을 구별할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침을 이용하여 기록매체(53)에 정보를 기록하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 기록매체(53)에 정보를 기록하기 위해, 팁(50)의 제1 및 제2반도체 전극 영역(52, 54)과 몸체부(58)에 동일 전압을 인가하고 기록매체(53)를 지지하는 하부 전극(55)을 접지시켜 팁(50)의 첨두부와 기록매체(53)의 하부 전극 사이에 전계가 형성되도록 한다. 여깃, 제1 및 제2반도체 전극 영역(52, 54)에만 동일 전압을 인가하여도 팁(50)과 하부 전극(55) 사이에 전계를 형성항 기록매체(53)에 정보를 기록할 수 있다.
전계가 형성되면, 기록매체(53)에 구비되어 있는 강유전체의 유전 분극이 발생하여 표면전하가 형성되거나 기존에 형성되어 있던 표면전하의 극성을 바꿀 수 있다. 양의 전하를 정보 0으로 음의 전하를 정보 1로 정의하여 기록할 수 있고 그 역도 가능하다.도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침의 팁의 SEM(Scanning Electron Microscope)사진이다. 도 10을 참조하면, 캔티레버 말단부에 수직으로 팁이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 여기서, 참조부호 32는 제1전극 영역, 34는 제2전극영역, 31g는 원 C 내부의 저항영역을 나타낸다.도 11은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침을 이용항 PZT막에 기록된 강유전체 분극 정보를 탐침의 저항값 변화로 나타낸 이미지이며, 도 12는 TGS(Triglycine Sulfate)막의 강유전체 분극을 검출한 이미지이다. 실험을 위해 기록 전압은 15V로, 재생 전압은 4V로 설정하였으며, 스캔율은 2Hz로 하였다. 도 11 및 도 12에서, 희게 나타나는 부분은 전하의 극성이 업(↑)인 경우를 나타내며 검게 나타나는 부분은 다운(↓)인 경우를 나타낸다.일반적으로 TGS 매체에 형성된 강유전체 분극의 표면전하 밀도는 수 μC/cm2정도이고 PZT 매체에 형성된 강유전체 분극의 표면전하 밀도는 수십 μC/cm2정도인 것으로 알려져 있다.본 발명의 실시예에 따른 반도체 탐침을 이용하면, 수 μC/cm2정도의 작은 전하밀도를 가지는 정보를 기록하거나 재생할 수 있다. 또한 기존의 EFM 측정 기술과 달리 신호 변조 기술을 사용하지 않으므로 고속으로 신호를 검출할 수 있다.본 발명의 실시예에 따른 탐침의 제조방법은 반도체 전극 영역 사이에 존재하는 저항 영역의 중앙을 팁 끝의 중앙에 형성시킬 수 있는 자기정렬방법을 이용하여 탐침의 캔티레버의 말단부에 수직으로 형성되는 팁에 작은 폭의 저항 영역을 구현함으로써 기록매체상에 작은 영역에 존재하는 작은 양의 표면 전하를 감지할 수 있는 주사탐침 기술을 이용한 나노 소자를 제작하기에 용이하다.
또한, 이렇게 제작된 탐침을 주사탐침기술을 응용한 대용량, 초소형 저장장치에 이용하는 경우, 작은 영역에 존재하는 전하를 검출하고 형성하여 정보를 기록 및 재생할 수 있는 장치로 이용할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다.
예를 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상에 의해 다양한 형태의 탐침을 이용하여 정보를 기록 및 재생할 수 있는 장치를 제조할 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 탐침 및 그 제조방법의 장점은, 캔티레버에 수직으로 제작되는 팁 끝에 반도체 저항 영역을 형성하여 작은 표면 전하를 감지할 수 있어 감도가 우수하여 나노센서등에 이용할 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 정보기록, 재생 및 측정 장치 및, 이를 이용한 정보 기록, 재생 및 측정방법의 장점은, 저항 영역의 저항값 변화로부터 정보를 검출할 수 있으므로 작은 구동 전압으로 고밀도의 정보를 기록 및 재생할 수 있다는 것이다.

Claims (17)

  1. 제 1불순물이 도핑된 팁과, 상기 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하며,
    상기 팁은,
    상기 팁의 첨두부에 위치하며, 상기 제 1불순물과 다른 제 2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역; 및
    상기 저항영역과 접촉하도록 상기 저항영역의 주변에 위치하며, 상기 제 2불순물이 고농도로 도핑되어 형성된 제 1 및 제 2반도체 전극 영역;을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 탐침.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1불순물을 도핑한 기판의 표면에 상기 제 1불순물과 다른 제 2불순물을 저농도 도핑하여 저항영역을 형성하는 제1단계;
    상기 저항 영역의 상면에 마스크막을 소정 형태로 형성하고, 상기 마스크막을 제외한 기판의 영역에 상기 제2불순물을 고농도 도핑하여 제1 및 제2반도체 전극 영역을 형성하는 제2단계;
    상기 마스크막과 직교하는 방향으로 스트라이프형의 감광제를 도포한 다음, 식각공정을 수행하여 상기 마스크막을 소정 형태로 형성하는 제 3단계;
    상기 마스크막을 제외한 기판의 영역을 식각하고 열산화공정을 수행하여 반도체 탐침을 형성하는 제 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 탐침의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2단계에서, 상기 마스크막은 스트라이프형인 것을 특징으로 하는 반도체 탐침의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 전극층과, 상기 전극층 상에 적층된 강유전성막을 구비한 기록매체에 정보를 기록하는 정보기록장치에 있어서,
    제 1불순물이 도핑된 팁의 첨두부에 상기 제1불순물과 다른 제2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역 및, 상기 저항영역과 접촉하도록 상기 저항영역의 주변에 상기 제 2불순물이 고농도로 도핑되어 형성된 제1 및 제2반도체 전극 영역을 구비하는 팁과, 상기 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하는 반도체 탐침을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2반도체 전극 영역에 전압을 인가하여 상기 기록매체의 전극층과 상기 팁 간에 전계를 유도함으로써 상기 강유전성막에 유전분극을 형성하여 정보를 기록하는 반도체 탐침을 이용한 정보기록장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 강유전성막을 구비한 기록매체에 기록된 정보를 재생하는 정보재생장치에 있어서,
    제1불순물이 도핑된 팁의 첨두부에 상기 제1불순물과 다른 제2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역 및, 상기 저항영역과 접촉하도록 상기 저항영역의 주변에 상기 제2불순물이 고농도로 도핑되어 형성된 제1 및 제2반도체 전극 영역을 구비하는 팁과, 상기 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하는 반도체 탐침을 포함하며,
    상기 기록매체에서 발생되는 전계에 의해 변화하는 상기 저항영역의 저항값의 변화를 검출하여 상기 정보를 재생하는 반도체 탐침을 이용한 정보재생장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 전계에 대한 정보를 가지는 시료의 정보를 측정하는 정보측정장치에 있어서,
    제 1불순물이 도핑된 팁의 첨두부에 상기 제 1불순물과 다른 제 2불순물이 저농도로 도핑되어 형성된 저항 영역 및, 상기 저항영역과 접촉하도록 상기 저항영역의 주변에 상기 제 2불순물이 고농도로 도핑되어 형성된 제 1 및 제 2반도체 전극 영역을 구비하는 팁과, 상기 팁이 말단부에 위치하는 캔티레버를 구비하는 반도체 탐침을 포함하며,
    상기 시료에서 발생되는 전계에 의해 변화하는 상기 저항영역의 저항값의 변화를 검출하여 상기 정보를 측정하는 반도체 탐침을 이용한 정보측정장치.
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