KR100846510B1 - 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100846510B1
KR100846510B1 KR1020060133096A KR20060133096A KR100846510B1 KR 100846510 B1 KR100846510 B1 KR 100846510B1 KR 1020060133096 A KR1020060133096 A KR 1020060133096A KR 20060133096 A KR20060133096 A KR 20060133096A KR 100846510 B1 KR100846510 B1 KR 100846510B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
information storage
storage device
region
magnetic layer
Prior art date
Application number
KR1020060133096A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080058899A (ko
Inventor
임지경
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060133096A priority Critical patent/KR100846510B1/ko
Priority to US11/980,425 priority patent/US8194430B2/en
Priority to JP2007298508A priority patent/JP5165345B2/ja
Priority to CN2007101693799A priority patent/CN101207176B/zh
Priority to EP07123052.8A priority patent/EP1936633B1/en
Publication of KR20080058899A publication Critical patent/KR20080058899A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100846510B1 publication Critical patent/KR100846510B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/02—Recording, reproducing, or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/02—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements
    • G11C19/08—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure
    • G11C19/0808—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure using magnetic domain propagation
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/02—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements
    • G11C19/08—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure
    • G11C19/0808—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure using magnetic domain propagation
    • G11C19/0841—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using magnetic elements using thin films in plane structure using magnetic domain propagation using electric current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)
  • Magnetic Record Carriers (AREA)

Abstract

본 발명은 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 개시된 본 발명의 정보 저장 장치는 다수의 자구를 갖는 자성층 및 상기 자성층에 자구벽 이동을 위한 에너지를 인가하는 수단을 포함하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치로서, 상기 자성층은 자기 이방성 에너지가 큰 영역과 작은 영역을 포함하되, 상기 자기 이방성 에너지가 큰 영역과 작은 영역은 교번하여 배치되고, 상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역은 불순물 이온이 도핑된 영역인 것을 특징으로 한다.

Description

자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법{Information storage device using magnetic domain wall moving and method for manufacturing the same}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 보여주는 사시도이다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치에 구비되는 자성층을 형성하는 방법을 단계별로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 방법으로 형성한 샘플 자성층에 외부 자기장을 인가하여 자구벽을 이동시킬 때, 시간에 따른 자구벽의 위치 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 도 3의 샘플 자성층에 외부 자기장을 인가하여 자구벽을 이동시킬 때, 시간에 따른 샘플 자성층의 자화량 변화를 보여주는 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
80 : 제1 영역 90 : 제2 영역(도핑된 영역)
100 : 자성층 200 : 쓰기 수단
300 : 읽기 수단 C1, C2 : 제1 및 제2 도전선
E1, E2 : 자성층의 일단 및 타단
1. 발명의 분야
본 발명은 정보 저장 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 자구벽(magnetic domain wall) 이동을 이용하는 정보 저장 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
2. 관련기술의 설명
일반적인 HDD(Hard disk drive)는 디스크 형태의 자기 기록 매체를 회전시키면서 그 위에 읽기/쓰기(reading/writing) 헤드를 부상시켜 정보를 읽고 쓰는 장치이다. 이러한 HDD는 100GB(gigabite) 이상의 많은 데이터를 저장할 수 있는 비휘발성 정보 저장 장치로서, 주로 컴퓨터의 주 저장 장치로 이용되어왔다.
그러나 HDD는 그 내부에 많은 수의 움직이는 기계 시스템을 포함한다. 이들은 HDD가 이동되거나 충격을 받으면 다양한 기계적인 고장(trouble)을 유발할 수 있고, 그러므로 HDD의 이동성(mobility) 및 신뢰성(reliability)을 저하시킨다. 또한, 상기 기계 시스템들은 HDD의 제조 복잡성과 제조 비용을 증가시키고, 소비 전력을 증가시키며, 소음을 유발한다. 특히, HDD를 소형화할 때 상기 제조 복잡성과 제조 비용의 증가 문제는 더욱 커진다.
이에, 최근에는 움직이는 기계 시스템을 포함하지 않으면서 HDD와 같이 대량의 데이터를 저장할 수 있는 새로운 저장 장치의 개발을 위한 연구가 이루어지고 있다. 상기 새로운 저장 장치의 일례로, 자성 물질의 자구벽(magnetic domain wall) 이동 원리를 이용한 정보 저장 장치가 제안되었다.
자성체를 구성하는 자기적인 미소영역을 자기 구역(magnetic domain ; 이하, 자구라 함)이라 한다. 이러한 자구 내에서는 전자의 자전, 즉 자기 모멘트의 방향이 동일하다. 자구의 크기 및 자화 방향은 자성 재료의 물성, 모양, 크기 및 외부의 에너지에 의해 적절히 제어될 수 있다. 자구벽(magnetic domain wall)은 서로 다른 자화 방향을 갖는 자구들의 경계 부분으로서 소정의 부피를 가지며, 자성 재료에 인가되는 전류 또는 자기장에 의해 이동될 수 있다.
상기 자구벽의 이동 원리를 정보 저장 장치에 적용하면, 자구벽 이동에 의해 자구들이 고정된 읽기/쓰기 헤드를 통과하도록 함으로써, 기록 매체의 회전 없이 읽기/쓰기가 가능하다. 그러므로 자구벽 이동 원리가 적용된 정보 저장 장치는 움직이는 기계 시스템을 포함하지 않아 이동성(mobility) 및 신뢰성(reliability)이 우수하고, 제조가 용이하며, 소비 전력이 적다는 이점이 있다.
그러나 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치는 아직 개발 초기단계에 있고, 그의 실용화를 위해서는 몇몇 문제점들이 해결되어야 한다. 중요한 문제점들 중에 하나는 자구벽의 비트 단위 이동의 안정성과 관련된다. 자구벽의 비트 단위 이동의 안정성을 확보하기 위한 방법으로 자성층에 노치(notch)를 형성하는 방법이 알려져 있다. 임계치 이상의 전류 펄스에 의해 이동하기 시작한 자구벽은 노치에서 정지(pinning)될 수 있다. 그러므로 규칙적으로 형성된 다수의 노치에 의해 자구벽이 1 비트 단위로 이동될 수 있다. 또한 노치에 의해 자구벽이 안정적으로 정지되어 있으므로 자성층에 저장된 데이터가 오랫동안 보존될 수 있다.
그러나 수십 나노미터 정도의 폭을 갖는 자성층에 미세한 크기의 노치를 형성하는 것은 현실적으로 매우 어렵다. 정보 저장 장치가 고밀도화됨에 따라 자성층의 폭이 수십 나노미터 이하로 작아지면, 노치의 크기도 작아져야 한다. 예컨대, 50nm 정도의 폭을 갖는 자성층의 양측면에 노치를 형성하는 경우, 상기 노치는 상기 자성층의 폭의 1/3인 15nm 정도의 폭으로 형성하는 것이 바람직하다. 그런데 현재의 노광 및 식각 기술로는 이렇게 미세한 노치를 구현하기 어렵다. 특히 미세한 노치들을 균일한 간격, 크기 및 모양을 갖도록 형성하는 것은 더욱 어렵다. 만약 노치의 간격, 크기 및 모양이 불균일하면, 그에 따라 자구벽을 정지시키는 자기장의 강도, 즉 핀닝(pinning) 자기장의 강도가 달라지기 때문에 정보 저장 장치의 신뢰성이 낮아진다. 그러므로 노치를 이용하는 종래 기술로는 기록 밀도 및 신뢰성이 높은 정보 저장 장치를 구현하기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 노치(notch) 형성에 따른 공정의 어려움 및 소자 특성의 균일성 저하의 문제점이 방지되고, 자구벽의 비트 단위 이동의 안정성이 확보된 정보 저장 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 정보 저장 장치의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 자구를 갖는 자성층 및 상기 자성층에 자구벽 이동을 위한 에너지를 인가하는 수단을 포함하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치에 있어서, 상기 자성층은 자기 이방성 에너지가 큰 영역과 작은 영역을 포함하되, 상기 자기 이방성 에너지가 큰 영역과 작은 영역은 교번하여 배치되고, 상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역은 불순물 이온이 도핑된 영역인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치를 제공한다.
여기서, 상기 불순물 이온은 He+ 및 Ga+ 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역은 등간격으로 형성될 수 있다.
상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역의 간격은 5∼1000nm일 수 있다.
상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역의 폭은 2∼250nm일 수 있다.
상기 자기 이방성 에너지가 큰 영역은 2×103∼107 J/m3의 자기 이방성 에너지 밀도를 가질 수 있다.
상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역은 101∼103 J/m3의 자기 이방성 에너지 밀도를 가질 수 있다.
상기 자성층은 Fe, Co 및 Pt 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 자성층은 FePt, FePd, CoCr, CoCu, CoPt, CoTb, CoCrPt, CoFeTb, CoFeGd 및 CoFeNi로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 자구를 갖는 자성층 및 상기 자성층에 자구벽 이동을 위한 에너지를 인가하는 수단을 포함하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치의 제조방법에 있어서, 자성층을 형성하는 단계; 상기 자성층을 덮는 수지층을 형성하는 단계; 상기 수지층에 상기 자성층을 노출시키는 다수의 글루브(groove)를 형성하는 단계; 및 상기 노출된 자성층에 불순물 이온을 도핑하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법을 제공한다.
상기 자성층에서 상기 불순물 이온이 도핑된 부분은 나머지 부분보다 자기 이방성 에너지가 작을 수 있다.
상기 글루브(groove)는 나노 임프린트(nano-imprint) 방법으로 형성할 수 있다.
상기 수지층에 상기 다수의 글루브(groove)를 형성하는 단계는 상기 수지층을 다수의 하향 돌출부를 갖는 마스터 스탬프로 찍는 단계; 및 상기 마스터 스탬프를 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 불순물 이온은 He+ 및 Ga+ 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 글루브(groove)는 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 글루브(groove)의 간격은 5∼1000nm일 수 있다.
상기 글루브(groove)의 폭은 2∼250nm일 수 있다.
상기 자성층은 Fe, Co 및 Pt 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성할 수 있다.
상기 자성층은 FePt, FePd, CoCr, CoCu, CoPt, CoTb, CoCrPt, CoFeTb, CoFeGd 및 CoFeNi로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그의 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치(이하, 본 발명의 정보 저장 장치)를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 정보 저장 장치는 기판(미도시) 상에 형성되고 다수의 자구를 갖는 자성층(100)을 포함한다. 자성층(100)은 데이터가 저장되는 저장 트랙일 수 있다. 자성층(100)은 교번하여 배치된 제1 및 제2 영역(80, 90)을 포함한다. 제1 영역(80)은 2×103∼107 J/m3 정도의 자기 이방성 에너지 밀도를 갖는 강자성 영역인 것이 바람직하고, 제2 영역(90)은 101∼103 J/m3 정도의 자기 이방성 에너지 밀도를 갖는 연자성 영역인 것이 바람직하다. 자성층(100)은 Fe, Co 및 Pt 중 적어도 하나를 포함하는 물질, 예컨대, FePt, FePd, CoCr, CoCu, CoPt, CoTb, CoCrPt, CoFeTb, CoFeGd 및 CoFeNi 중 하나로 형성될 수 있는데, 제2 영역(90)은 불순물 이온이 선택적으로 도핑된 영역일 수 있다. 상기 불순물 이온은 He+ 및/또는 Ga+일 수 있다. 이러한 불순물 이온이 도핑되면, 자성층(100)을 구성하는 자성 입자 간의 자기 커플링(magnetic coupling) 효과가 감소되어 자기 이방성 에너지가 감소된다.
연자성 영역, 즉 제2 영역(90)에서 자구벽의 스핀 교환 에너지(spin exchange energy)가 강자성 영역, 즉 제1 영역(80)에서 자구벽의 스핀 교환 에너지보다 작다. 그러므로 자구벽은 제1 영역(80)보다 제2 영역(90)에서 안정적인 에너지 상태를 갖는다. 따라서 자성층(100) 내에서 이동하기 시작한 자구벽은 제2 영역(90)에서 정지(pinning)된다.
자성층(100)의 일단(E1) 및 타단(E2)에 제1 및 제2 도전선(C1, C2)이 형성되어 있다. 제1 및 제2 도전선(C1, C2)은 트랜지스터 또는 다이오드와 같은 구동 소자(미도시)와 연결되어 있을 수 있다. 제1 및 제2 도전선(C1, C2)을 통해 자성층(100)에 자구벽 이동을 위한 소정의 에너지, 즉 전류를 인가할 수 있는데, 상기 전류의 방향에 따라 자구벽의 이동 방향이 결정된다. 자구벽은 전자의 이동 방향으로 이동하기 때문에, 자구벽의 이동 방향은 상기 전류의 방향과 반대이다.
자성층(100)의 소정 영역 상에 자성층(100)에 데이터를 기록하기 위한 쓰기 수단(200)과 자성층(100)에 기록된 데이터를 읽기 위한 읽기 수단(300)이 형성되어 있다. 쓰기 수단(200) 및 읽기 수단(300)은 자기 기록 방식의 정보 저장 장치에서 일반적으로 사용되는 TMR(Tunnel Magneto Resistance) 헤드이거나 GMR(Giant Magneto Resistance) 헤드일 수 있다. 도시하지는 않았지만, 쓰기 수단(200)이 형 성된 자성층(100)의 하면에는 절연층 및/또는 전극층이 더 구비될 수 있다. 쓰기 수단(200) 및 읽기 수단(300)의 구조는 TMR 또는 GMR 헤드 구조에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 다른 구조를 갖는 쓰기 수단은 자성층(100)의 일단(E1) 일측면에 부착된 것으로서, 서로 반대 방향으로 자화된 제1 및 제2 자구를 갖는 쓰기 트랙일 수 있다. 상기 쓰기 트랙 내에서 상기 제1 또는 제2 자구를 자성층(100)과의 접합부까지 확장시키고, 자성층(100)에서 상기 쓰기 트랙으로 자구벽 이동을 위한 전류를 인가하면, 자성층(100)에 상기 제1 또는 제2 자구에 대응하는 데이터를 기록할 수 있다.
제1 및 제2 도전선(C1, C2)을 통해 자성층(100)에 소정의 전류를 인가하여 자구벽을 비트 단위로 이동시키면서, 쓰기 수단(200)에 쓰기 전류를 인가하여 자성층(100)에 데이터를 기록하거나, 읽기 수단(300)에 읽기 전류를 인가하여 자성층(100)에 기록된 데이터를 재생한다.
본 발명의 정보 저장 장치에서는 자기 이방성 에너지가 작은 제2 영역(90)이 자구벽의 핀닝 지점(pinning site)이기 때문에, 상기 자구벽의 비트 단위 이동이 가능하고, 자성층(100)에 기록된 데이터의 안정적인 보존이 가능하다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 정보 저장 장치에 구비되는 자성층(100)을 형성하는 방법을 단계별로 보여준다. 도 2a 내지 도 2e는 마스터 스탬프(master stamp)의 형성방법을 보여주고, 도 2f 내지 도 2i는 상기 마스터 스탬프를 이용한 자성층(100)의 형성방법을 보여준다.
도 2a를 참조하면, 몰딩 플레이트(10) 상에 감광막을 도포하고, 상기 감광막 을 소정의 방법, 예컨대, 전자빔 리소그라피(E-beam lithography)와 같은 방법으로 패터닝한다. 패터닝된 감광막(20)에는 다수의 제1 홈(H1)이 형성되는데, 제1 홈(H1)의 측면은 경사면일 수 있다.
도 2b를 참조하면, 패터닝된 감광막(20) 및 그 아래의 몰딩 플레이트(10)를 전면 식각한다.
이때 패터닝된 감광막(20)의 두께가 얇은 부분 아래의 몰딩 플레이트(10)가 깊게 식각된다. 도 2c는 상기 전면 식각의 결과를 보여준다.
도 2c를 참조하면, 상기 전면 식각에 의해 패터닝된 감광막(20)은 제거되고, 몰딩 플레이트(10)에 나노 사이즈의 제2 홈(H2)이 형성된다. 제2 홈(H2)의 폭은 아래로 갈수록 다소 작아지는데 이것은 상기 전면 식각시 몰딩 플레이트(10)가 경사 식각되기 때문이다. 제2 홈(H2) 측면의 경사각은 식각 조건에 따라 조절될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 상기 제2 홈(H2)을 매립하도록 몰딩 플레이트(10) 상에 스탬프층(30)을 형성한다.
도 2e를 참조하면, 스탬프층(30)을 몰딩 플레이트(10)로부터 분리한다. 상기 분리된 스탬프층(30)은 이하 마스터 스탬프(30)라 칭한다.
도 2f를 참조하면, 기판(40) 상에 자성층(100)을 형성하고, 자성층(100)을 덮도록 기판(40) 상에 수지층(50)을 형성한다. 그런 후, 도 2a 내지 도 2e의 과정을 통해 제조한 마스터 스탬프(30)를 수지층(50) 위에 위치시킨다.
도 2g를 참조하면, 마스터 스탬프(30)로 수지층(50)을 찍어(imprint) 수지 층(50)을 나노 스케일(nano scale)로 패터닝한다. 그 결과, 수지층(50)에 다수의 글루브(groove)(G)가 형성된다.
도 2h를 참조하면, 수지층(50)으로부터 마스터 스탬프(30)를 분리한다. 수지층(50)으로부터 마스터 스탬프(30)를 분리했을 때, 글루브(G) 하면에 수지층(50)의 일부가 잔류되어 있을 수도 있다. 이 경우, 글루브(G) 하면에 잔류된 수지층(50)은 플라즈마 에싱(ashing)과 같은 방법으로 제거할 수 있다. 한 번 제작된 마스터 스탬프(30)는 여러 번 반복 사용할 수 있다. 이러한 나노 임프린트는 공정이 단순하고 경제적이기 때문에 대량 생산에 적합하다.
도 2i를 참조하면, 글루브(G)가 형성된 수지층(60)을 이온주입 마스크로 이용해서 노출된 자성층(100)에 He+ 또는 Ga+와 같은 불순물 이온을 도핑한다. 그 결과, 자성층(100)에 도핑된 영역(90)이 형성된다. 도핑된 영역(90)은 도 1을 참조하여 설명한 제2 영역(90)과 동일하다. 자성층(100)에서 도핑된 영역(90)을 제외한 나머지 영역은 도 1을 참조하여 설명한 제1 영역(80)과 동일하다.
이후, 도시하지는 않았지만, 수지층(50)을 제거한 후, 자성층(100)의 소정 영역 상에 쓰기 수단 및 읽기 수단을 형성할 수 있다. 이로써, 도핑된 영역(90)을 갖는 자성층(100)을 구비하는 본 발명의 정보 저장 장치를 제조할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 자성층(100)에 기하학적인(geometrical) 변형을 가하지 않고 이온 주입 방법으로 자성층(100)의 국소 영역의 물성을 변화시킴으로써 핀닝 지점(pinning site)를 형성한다. 이러한 본 발명을 이용하면 자성층(100)에 미세한 핀닝 지점들을 균일하게 형성할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따르면 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치의 기록 밀도 및 신뢰성을 높일 수 있다.
한편, 마스터 스탬프(30)를 이용한 나노 임프린트 방법이 아닌 다른 방법으로도 글루브(G)를 형성할 수도 있다. 예컨대, 수지층(50)을 마스터 스탬프(30)로 찍는 대신에 전자빔 리소그라피(E-beam lithography), 자외선(ultraviolet) 또는 레이저(laser)의 간섭을 이용한 리소그라피, 또는 나노 입자를 이용한 나노 구 리소그라피(nano sphere lithography)를 이용하여 식각하여 글루브(G)를 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 방법으로 형성한 샘플 자성층(100a)에 외부 자기장을 인가하여 샘플 자성층(100a)내의 자구벽(DW)을 이동시킬 때, 시간에 따른 자구벽(DW)의 위치 변화를 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 샘플 자성층(100a)은 바(bar) 형상으로서 서로 반대 방향으로 자화된 두 개의 자구를 포함하고, 상기 자구들 사이에 자구벽(DW)을 갖는다. 샘플 자성층(100a)의 폭, 길이 및 두께는 각각 50nm, 430nm 및 10nm이고, 샘플 자성층(100a)의 중앙부에는 도핑된 영역(90a)이 형성되어 있다. 도핑된 영역(90a)은 도 1을 참조하여 설명한 제2 영역(90)과 동일하다. 자구벽(DW)은 도핑된 영역(90a)의 왼쪽에 위치해 있으며, 오른쪽 방향으로 인가되는 외부 자기장(F)에 의해 도핑된 영역(90a)을 향해 이동한다. 도 3에서 (a) 내지 (f)는 시간 경과에 따른 배열이다.
도 4는 도 3의 샘플 자성층(100a)에 외부 자기장(F)을 인가하여 자구벽(DW)을 이동시킬 때, 시간에 따른 샘플 자성층(100a)의 자화량(Magnetization)의 변화 를 보여주는 그래프이다. 도 4에서 ⓐ, ⓔ 및 ⓕ는 각각 도 3의 (a), (e) 및 (f)에 대응하는 지점이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 자구벽(DW)이 도핑된 영역(90a)을 향해 이동함에 따라 자화량(M)이 진동(oscillation)하면서 감소하는 경향을 보이고, 자구벽(DW)이 도핑된 영역(90a)에 도달하면 그곳에서 정지하여 자화량(M)이 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이것은 도핑된 영역(90a)이 핀닝 지점(pinning site)임을 나타내는 결과이다. 한편 자화량(M)이 진동하면서 감소하는 것은 자구벽(DW)이 진동하면서 이동하기 때문인데, 이러한 진동은 이동하는 자구벽의 고유한 특성이다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 정보 저장 장치에서 자성층(100)의 구조, 그리고 쓰기 헤드(200)와 읽기 헤드(300)의 구조 및 형성 위치는 다양하게 변형될 수 있음을 알 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 발명에서는 나노 임프린트(nano-imprint) 및 이온 주입으로 자성층(100)의 국소 영역의 물성을 변화시킴으로써 미세하고 균일한 핀닝 지점(pinning site)을 형성할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따르면, 종래의 노치(notch) 형성에 따른 공정의 어려움 및 소자 특성의 균일성 저하의 문제점 없이 기록 밀도 및 신뢰성이 높은 정보 저장 장치를 구현할 수 있다.

Claims (19)

  1. 다수의 자구를 갖는 자성층 및 상기 자성층에 자구벽 이동을 위한 에너지를 인가하는 수단을 포함하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치에 있어서,
    상기 자성층은 자기 이방성 에너지가 큰 영역과 작은 영역을 포함하되,
    상기 자기 이방성 에너지가 큰 영역과 작은 영역은 교번하여 배치되고,
    상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역은 불순물 이온이 도핑된 영역인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 불순물 이온은 He+ 및 Ga+ 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역은 등간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  4. 제 1 및 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역의 간격은 5∼1000nm인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  5. 제 1 및 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 이방성 에너지가 작은 영 역의 폭은 2∼250nm인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 이방성 에너지가 큰 영역은 2×103∼107 J/m3의 자기 이방성 에너지 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자기 이방성 에너지가 작은 영역은 101∼103 J/m3의 자기 이방성 에너지 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 자성층은 Fe, Co 및 Pt 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 자성층은 FePt, FePd, CoCr, CoCu, CoPt, CoTb, CoCrPt, CoFeTb, CoFeGd 및 CoFeNi로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  10. 다수의 자구를 갖는 자성층 및 상기 자성층에 자구벽 이동을 위한 에너지를 인가하는 수단을 포함하는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치의 제조방법에 있어서,
    자성층을 형성하는 단계;
    상기 자성층을 덮는 수지층을 형성하는 단계;
    상기 수지층에 상기 자성층을 노출시키는 다수의 글루브(groove)를 형성하는 단계; 및
    상기 노출된 자성층에 불순물 이온을 도핑하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 자성층에서 상기 불순물 이온이 도핑된 부분은 나머지 부분보다 자기 이방성 에너지가 작은 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 글루브(groove)는 나노 임프린트(nano-imprint) 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 수지층에 상기 다수의 글루브(groove)를 형성하는 단계는
    상기 수지층을 다수의 하향 돌출부를 갖는 마스터 스탬프로 찍는 단계; 및
    상기 마스터 스탬프를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 불순물 이온은 He+ 및 Ga+ 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 글루브(groove)는 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  16. 제 10 및 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 글루브(groove)의 간격은 5∼1000nm인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  17. 제 10 및 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 글루브(groove)의 폭은 2∼250nm인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 자성층은 Fe, Co 및 Pt 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 자성층은 FePt, FePd, CoCr, CoCu, CoPt, CoTb, CoCrPt, CoFeTb, CoFeGd 및 CoFeNi로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 제조방법.
KR1020060133096A 2006-12-22 2006-12-22 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법 KR100846510B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060133096A KR100846510B1 (ko) 2006-12-22 2006-12-22 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법
US11/980,425 US8194430B2 (en) 2006-12-22 2007-10-31 Information storage devices using movement of magnetic domain wall and methods of manufacturing the information storage device
JP2007298508A JP5165345B2 (ja) 2006-12-22 2007-11-16 磁区壁移動を利用した情報保存装置及びその製造方法
CN2007101693799A CN101207176B (zh) 2006-12-22 2007-11-26 利用磁畴壁的移动的信息存储装置及其制造方法
EP07123052.8A EP1936633B1 (en) 2006-12-22 2007-12-12 Information storage devices using movement of magnetic domain wall and methods of manufacturing the information storage device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060133096A KR100846510B1 (ko) 2006-12-22 2006-12-22 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080058899A KR20080058899A (ko) 2008-06-26
KR100846510B1 true KR100846510B1 (ko) 2008-07-17

Family

ID=39015956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060133096A KR100846510B1 (ko) 2006-12-22 2006-12-22 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8194430B2 (ko)
EP (1) EP1936633B1 (ko)
JP (1) JP5165345B2 (ko)
KR (1) KR100846510B1 (ko)
CN (1) CN101207176B (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101423188B1 (ko) * 2008-01-14 2014-07-29 삼성전자주식회사 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그 동작방법
US7626844B1 (en) * 2008-08-22 2009-12-01 International Business Machines Corporation Magnetic racetrack with current-controlled motion of domain walls within an undulating energy landscape
US8050074B2 (en) * 2009-02-17 2011-11-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic packet memory storage devices, memory systems including such devices, and methods of controlling such devices
US8406029B2 (en) 2009-02-17 2013-03-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Identification of data positions in magnetic packet memory storage devices, memory systems including such devices, and methods of controlling such devices
US8279667B2 (en) * 2009-05-08 2012-10-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated circuit memory systems and program methods thereof including a magnetic track memory array using magnetic domain wall movement
CN102310602B (zh) * 2010-06-30 2014-03-26 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 铝塑复合结构及其制作方法
ES2406182B2 (es) * 2011-05-04 2014-01-17 Universidad De Oviedo Soporte magnético para la grabación y lectura de información, método de almacenamiento y lectura de información y su uso
JP5727908B2 (ja) 2011-09-26 2015-06-03 株式会社東芝 磁気メモリ素子
JP5658721B2 (ja) 2012-09-24 2015-01-28 株式会社東芝 磁気メモリ
JP6071401B2 (ja) 2012-10-11 2017-02-01 株式会社東芝 磁気メモリ
CN105096963B (zh) * 2014-04-25 2018-06-26 华为技术有限公司 写装置及磁性存储器
US11024449B2 (en) * 2017-06-06 2021-06-01 Apple Inc. Multipole elastomeric magnet with magnetic-field shunt

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030085413A1 (en) 2001-11-08 2003-05-08 Joerg Wunderlich Magnetic memory cell
US20050019609A1 (en) 2003-07-24 2005-01-27 Kai Tang Magnetic anisotropy adjusted laminated magnetic thin films for magnetic recording
JP2005209303A (ja) 2004-01-23 2005-08-04 Fuji Electric Holdings Co Ltd 垂直磁気記録媒体
US20060177700A1 (en) 2005-02-04 2006-08-10 Fullerton Eric E Incoherently-reversing magnetic laminate with exchange coupled ferromagnetic layers

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2315143A1 (fr) 1975-06-16 1977-01-14 Ibm Structure de reseau de domaines magnetiques
JP2701557B2 (ja) * 1991-03-04 1998-01-21 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子およびその製造方法
DE69211117T2 (de) 1992-01-28 1996-12-12 Ibm Flussschlauch-Verankerungsstrukturen für supraleitende Dünnschichten und Methoden ihrer Herstellung
US5815342A (en) * 1992-07-13 1998-09-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Perpendicular magnetic recording/reproducing apparatus
JP3321341B2 (ja) * 1995-09-14 2002-09-03 科学技術振興事業団 双安定磁気素子及びその製造方法
US6518189B1 (en) * 1995-11-15 2003-02-11 Regents Of The University Of Minnesota Method and apparatus for high density nanostructures
US6482742B1 (en) * 2000-07-18 2002-11-19 Stephen Y. Chou Fluid pressure imprint lithography
US6864042B1 (en) * 2000-07-25 2005-03-08 Seagate Technology Llc Patterning longitudinal magnetic recording media with ion implantation
US6713195B2 (en) * 2001-01-05 2004-03-30 Nve Corporation Magnetic devices using nanocomposite materials
US6566872B1 (en) * 2001-12-31 2003-05-20 Xenosensors, Inc. Magnetic sensor device
US7723827B2 (en) * 2002-05-13 2010-05-25 Nec Corporation Semiconductor storage device and production method therefor
US6972046B2 (en) * 2003-01-13 2005-12-06 International Business Machines Corporation Process of forming magnetic nanocomposites via nanoparticle self-assembly
GB0304610D0 (en) 2003-02-28 2003-04-02 Eastgate Invest Ltd Magnetic logic system
US6834005B1 (en) * 2003-06-10 2004-12-21 International Business Machines Corporation Shiftable magnetic shift register and method of using the same
US6898132B2 (en) * 2003-06-10 2005-05-24 International Business Machines Corporation System and method for writing to a magnetic shift register
US7108797B2 (en) * 2003-06-10 2006-09-19 International Business Machines Corporation Method of fabricating a shiftable magnetic shift register
US7034374B2 (en) * 2003-08-22 2006-04-25 Micron Technology, Inc. MRAM layer having domain wall traps
US6920062B2 (en) * 2003-10-14 2005-07-19 International Business Machines Corporation System and method for reading data stored on a magnetic shift register
US6970379B2 (en) * 2003-10-14 2005-11-29 International Business Machines Corporation System and method for storing data in an unpatterned, continuous magnetic layer
US7122482B2 (en) * 2003-10-27 2006-10-17 Molecular Imprints, Inc. Methods for fabricating patterned features utilizing imprint lithography
JP4143020B2 (ja) * 2003-11-13 2008-09-03 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ
JP4413603B2 (ja) * 2003-12-24 2010-02-10 株式会社東芝 磁気記憶装置及び磁気情報の書込み方法
JP2005223177A (ja) * 2004-02-06 2005-08-18 Tdk Corp 磁性膜の形成方法、磁性パターンの形成方法及び磁気記録媒体の製造方法
US20050252539A1 (en) * 2004-05-17 2005-11-17 Asmo Co., Ltd. Vehicular washer nozzle
US7535803B2 (en) * 2004-08-02 2009-05-19 Panasonic Corporation Method for recording to and reproducing from a magnetic recording medium, recording and reproduction device for the same, and magnetic recording medium
KR20070072522A (ko) * 2004-10-27 2007-07-04 각고호우징 게이오기주크 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리 장치
US7313013B2 (en) * 2004-11-18 2007-12-25 International Business Machines Corporation Spin-current switchable magnetic memory element and method of fabricating the memory element
US7236386B2 (en) * 2004-12-04 2007-06-26 International Business Machines Corporation System and method for transferring data to and from a magnetic shift register with a shiftable data column
JP2006303159A (ja) * 2005-04-20 2006-11-02 Fuji Electric Holdings Co Ltd スピン注入磁区移動素子およびこれを用いた装置
JP5096690B2 (ja) * 2006-04-26 2012-12-12 株式会社日立製作所 磁気メモリセル及びランダムアクセスメモリ
JP2007324171A (ja) * 2006-05-30 2007-12-13 Fujitsu Ltd 磁気メモリ装置及びその製造方法
JP2007324269A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Fujitsu Ltd 磁気記憶装置とその製造方法
US8673466B2 (en) * 2006-09-25 2014-03-18 Seagate Technology Llc CoPtCr-based bit patterned magnetic media

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030085413A1 (en) 2001-11-08 2003-05-08 Joerg Wunderlich Magnetic memory cell
US20050019609A1 (en) 2003-07-24 2005-01-27 Kai Tang Magnetic anisotropy adjusted laminated magnetic thin films for magnetic recording
JP2005209303A (ja) 2004-01-23 2005-08-04 Fuji Electric Holdings Co Ltd 垂直磁気記録媒体
US20060177700A1 (en) 2005-02-04 2006-08-10 Fullerton Eric E Incoherently-reversing magnetic laminate with exchange coupled ferromagnetic layers

Also Published As

Publication number Publication date
CN101207176A (zh) 2008-06-25
EP1936633A1 (en) 2008-06-25
KR20080058899A (ko) 2008-06-26
CN101207176B (zh) 2011-03-30
US20080152953A1 (en) 2008-06-26
JP5165345B2 (ja) 2013-03-21
EP1936633B1 (en) 2014-06-18
US8194430B2 (en) 2012-06-05
JP2008160079A (ja) 2008-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100846510B1 (ko) 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법
KR100785033B1 (ko) 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법
US8411481B2 (en) Information storage devices using magnetic domain wall movement and methods of manufacturing the same
JP3886802B2 (ja) 磁性体のパターニング方法、磁気記録媒体、磁気ランダムアクセスメモリ
EP1942504B1 (en) Magnetic domain data storage devices and methods of manufacturing the same
KR100785034B1 (ko) 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치, 그 제조방법 및 그동작방법
US7961491B2 (en) Data storage device using magnetic domain wall movement and method of operating the same
Khizroev et al. Focused-ion-beam-based rapid prototyping of nanoscale magnetic devices
JP2009301699A (ja) 磁壁移動を利用した情報保存装置の駆動方法
Hu et al. Magnetic and recording properties of Co/Pd islands on prepatterned substrates
KR101168285B1 (ko) 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법
JP2008146809A (ja) 磁気記録媒体及びその製造方法
EP1533846A1 (en) Large-capacity magnetic memory using carbon nano-tube
US7910232B2 (en) Information storage devices using magnetic domain wall movement and methods of manufacturing the same
US20100085659A1 (en) Information storage devices using magnetic domain wall motion
KR100846509B1 (ko) 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법
KR101168284B1 (ko) 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 제조방법
Miyamoto et al. Formation, Shift and Magneto-optical Detection of Magnetic Domain Queue in Magnetic Nanowire Memory
Lee Magnetic Pattern Fabrication and Characterization for Next Generation High Density Magnetic Recording System

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130701

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140630

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150630

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160630

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170630

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180629

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190628

Year of fee payment: 12