KR100931549B1 - 초고속 자기기록소자와 자기기록소자의 정보저장방법 - Google Patents
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Abstract
자기기록소자 및 자기기록소자의 정보저장방법이 개시된다. 본 발명에 따른 자기기록소자는 판독전극, 판독전극 상에 형성된 자기고정층 및 자기고정층 상에 형성된 절연막 또는 전도막을 구비한다. 그리고 절연막 또는 전도막 상에 형성되고, 자기소용돌이(magnetic vortex)가 형성되어 있는 자기자유층과 자기자유층에 전류 또는 자기장이 인가되도록 하는 복수의 구동전극을 구비한다. 본 발명에 따른 다른 자기기록소자는 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층, 자기자유층에 전류 또는 자기장이 인가되도록 하는 복수의 구동전극 및 자기자유층 주변에 배치되어 상기 자기소용돌이 중심의 운동에 의해 발생되는 유도전압에 의해 생성된 전류가 흐르는 판독도선을 구비한다. 본 발명에 따른 자기기록소자에 의하면, 자기소용돌이가 형성된 자기막을 이용하여 간단한 구조로 자기기록소자를 구현하는 것이 가능하며, 구동전극을 복수 개 이용하여 자기기록소자의 구동을 적은 전력으로 명확하게 할 수 있다.
자기소용돌이, 단일 자구, 유도전압, MRAM, TMR
Description
본 발명은 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(nonvolatile random access memory)에 사용 가능한 자기기록소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수 마이크로미터 크기 이하의 자기막에 존재하는 자기소용돌이(magnetic vortex)를 이용한 자기기록소자와 자기기록소자의 정보저장방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 산업의 눈부신 발전으로 인하여 각종 기억소자의 수요가 증가하고 있다. 특히 휴대용 단말기, MP3 플레이어 등에 필요한 기억소자는 전원이 꺼지더라도 기록된 데이터가 지워지지 않는 비휘발성(nonvolatile)이 요구되고 있다. 이러한 비휘발성 기억소자는 전기적으로 데이터의 저장과 소거가 가능하고 전원이 공급되지 않아도 데이터의 보존이 가능하기 때문에, 다양한 분야에서 그 응용이 증가하고 있다. 그러나 종래에 반도체를 이용하여 구성된 다이나믹 랜덤 액세스 메모리(dynamic RAM, DRAM)는 전원이 공급되지 않는 상황에서는 저장된 정보를 모두 잃어버리는 휘발성(volatile)의 특징을 가지므로 이를 대체할 비휘발성 기억소자의 연구가 수행되고 있다.
이러한 비휘발성 기억소자 중, 상전이 현상을 이용하는 상전이 랜덤 액세스 메모리(phase RAM, PRAM), 자기저항 변화현상을 이용하는 자기 랜덤 액세스 메모리(magnetic RAM, MRAM), 강유전체의 자발분극현상을 이용한 강유전체 랜덤 액세스 메모리(ferroelectric RAM, FRAM)과 더불어 금속 산화물 박막의 저항 스위칭(resistance switching) 또는 전도도 스위칭(conductivity switching) 현상을 이용하는 저항변화기록소자(resistance RAM, ReRAM) 등이 주요 연구의 대상이다. 특히, MRAM은 다른 비휘발성 기억 소자에 비하여 속도가 빠르고 반복사용에 따른 내구성이 우수하여 최근에 많은 주목을 받고 있다.
MRAM은 정보판독방법에 따라 거대 자기저항(giant magneto resistance, GMR) 효과를 이용하는 것과 터널링 자기저항(tunneling magnetro resistance, 터널링 자기저항) 효과를 이용하는 것으로 구분된다. 거대 자기저항 효과를 이용하는 MRAM은 자기저항값이 10% 정도에 불과하고, 속도가 느리고 작업이 복잡한 단점이 있다. 또한, 인근 자기기록소자에 인가되는 자기장의 영향을 받을 가능성이 있어 자기기록소자 사이의 간격을 일정거리 이상 유지하여야 하므로 고집적에 어려움이 있다.
터널링 자기저항 효과를 이용하는 MRAM의 경우는 MTJ(magnetic tunnel junction)를 기본 구조로 이용한다. MTJ의 구조는 기판 상에 판독전극, 반강자성층, 강자성체로 형성된 자기고정층, 절연막, 강자성체로 형성된 자기자유층, 구동전극 등이 순차적으로 적층되는 구조를 지닌다. MTJ 구조를 이용한 MRAM의 경우도 거대 자기저항 효과를 이용하는 MRAM의 경우와 같이 자기자유층과 자기고정층의 상 대적인 자화 방향에 따른 자기저항의 차이로 정보를 저장한다. 터널링 자기저항 효과를 이용하는 MRAM의 경우는 거대자기저항 효과를 이용하는 MRAM의 경우와 달리 자기저항값이 20% 이상이기 때문에 자료 재생 속도가 빠르고 집적도가 높다는 장점이 있다.
터널링 자기저항 효과를 이용하는 MRAM의 경우에는 절연막의 두께에 따라서 각 자기기록소자의 저항이 크게 변화한다. 따라서 현재에는 인접한 비교 자기기록소자와의 저항 차이를 이용하여 정보를 저장한다. 그러나 저장 자기기록소자와 비교 자기기록소자의 절연막의 두께가 0.2Å 이상 차이가 나면 자기기록소자에 저장된 정보를 파악하기 어렵다. 따라서 생산공정 시에 수 인치 반경의 웨이퍼에 균일한 두께의 절연막을 형성해야 하는 기술적인 문제점이 있다.
또한, 자기기록소자의 크기가 작아지는 경우 자기자유층과 자기고정층의 거리가 가까워지고, 이에 따라 자기고정층을 이루는 강자성체의 자장에 의해서 자기자유층을 이루는 강자성체가 영향을 받는다. 이러한 자기고정층에 의한 자장, 즉 스트레이 필드(stray field)는 자기저항을 낮아지게 하거나 자기자유층의 항자력을 증가시키는 등 나쁜 영향을 줄 수 있다. 특히 MTJ 구조는 터널링 자기저항 효과를 이용하므로 절연막의 두께가 거대 자기저항 효과를 이용하는 MRAM의 전도막의 두께보다 얇다. 따라서 자기고정층과 자기자유층의 거리가 보다 가까워지고, 자기고정층에 의해서 자기자유층의 자화가 영향을 많이 받는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 실제 MRAM으로 이용이 가능하도록 전력소모가 적고, 간편하며, 수 나노초(ns) 이하의 시간으로 스위칭이 가능하고, 평방 인치당 수 기가바이트 이상의 고집적이 가능한 자기소용돌이를 이용한 자기기록소자와 자기기록소자의 정보저장방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자는 판독전극; 상기 판독전극 상에 형성된 자기고정층; 상기 자기고정층 상에 형성된 절연막; 상기 절연막 상에 형성되고, 자기소용돌이(magnetic vortex)가 형성되어 있는 자기자유층; 및 상기 자기자유층과 오믹(ohmic) 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍;을 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 다른 자기기록소자는 판독전극; 상기 판독전극 상에 형성된 자기고정층; 상기 자기고정층 상에 형성된 전도막; 상기 절연막 상에 형성되고, 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층; 및 상기 자기자유층과 오믹 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍;을 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 또 다른 자기기록소자는 판독전극; 상기 판독전극 상에 형성된 자기고정층; 상기 자기고정층 상에 형성된 절연막; 상기 절연막 상에 형성되고, 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유 층; 및 상기 자기자유층의 상부 및/또는 하부에 서로 교차 형성된 복수의 구동전극;을 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 또 다른 자기기록소자는 판독전극; 상기 판독전극 상에 형성된 자기고정층; 상기 자기고정층 상에 형성된 전도막; 상기 절연막 상에 형성되고, 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층; 및 상기 자기자유층의 상부 및/또는 하부에 서로 교차 형성된 복수의 구동전극;을 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 또 다른 자기기록소자는 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층; 상기 자기자유층과 오믹 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍; 및 상기 자기자유층 주변에 배치되어 상기 자기소용돌이 중심(core)의 운동에 의해 발생되는 유도전압에 의해 생성된 전류가 흐르는 판독도선;을 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 또 다른 자기기록소자는 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층; 상기 자기자유층의 상부 및/또는 하부에 서로 교차 형성된 복수의 구동전극; 및 상기 자기자유층 주변에 배치되어 상기 자기소용돌이 중심의 운동에 의해 발생되는 유도전압에 의해 생성된 전류가 흐르는 판독도선;을 구비한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자기기록소자의 정보저장방법은 상기의 자기기록소자 중 어느 하나의 자기기록소자를 이용하여 정보를 저장하는 방법으로, 상기 자기기록소자에 구비되어 있는 자기자유층에 형성된 자기 소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"로 정보를 저장한다.
본 발명에 따른 자기기록소자에 의하면, 자기소용돌이가 형성된 자기막을 이용하여 간단한 구조로 자기기록소자를 구현하는 것이 가능하며, 구동전극쌍 또는 구동전극을 복수 개 이용하여 자기기록소자의 구동을 적은 전력으로 명확하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 자기기록소자의 정보저장방법에 의하면, 본 발명에 따른 자기기록소자의 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 이용하여 간단하고 명확하게 정보를 저장할 수 있게 된다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자기기록소자와 자기기록소자의 정보저장방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자기기록소자의 바람직한 제1실시예의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제1실시예의 자기기록소자(100)는 판독전극(110), 자기고정층(120), 절연막(130), 자기자유층(140) 및 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)을 구비한다.
판독전극(110)은 한쪽으로 길게 뻗은 판 형상으로 형성되어 자기기록소자(100)에 저장되어 있는 정보를 판독할 때 이용된다. 판독전극(110)은 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 1종 이상의 물질 또는 이들의 복합층으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 티타늄과 금의 이중층(bilayer)으로 형성된다.
자기고정층(120)은 판독전극(110) 상에 판상으로 형성된다. 바람직하게는 원판의 형상으로 형성된다. 그리고 자기고정층(120)은 강자성 물질인 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 철-니켈 합금(permalloy), 철-코발트 합금(permendur), 철-니켈-코발트 합금(perminvar), 철-니켈-몰리브덴 합금(supermalloy) 중에서 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다. 바람직하게는 퍼멀로이라고 불리는 철-니켈 합금으로 형성된다.
자기고정층(120)은 자기기록소자의 정보를 판독할 때 기준이 되는 자화를 제공한다. 이를 위해서, 자기고정층(120)에는 자기소용돌이(magnetic vortex)가 형성될 수도 있고, 자기고정층(120)의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일 자구(magnetic single domain)가 형성될 수도 있다. 자기고정층(120)에 형성되는 자화상태는 자기고정층(120)의 형상에 의해 결정된다. 자기막의 형상에 따라 자기막에 형성된 자화상태의 변화를 도 2에 나타내었다.
도 2는 자기막의 구성물질이 퍼멀로이이고, 자기이방성상수(magnetic anisotropy, Ku)가 0이며, 자기막이 원판의 형상을 가지는 경우에 자기막의 두께와 직경에 따라 자기막에 형성된 자화상태의 변화를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 원판 형상의 자기막의 자화상태는 자기막의 직경과 두께에 의해 결정된다. 도 2의 영역 1에 해당하는 두께와 직경을 가지는 자기막에는 자기막의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일 자구가 형성된다. 그리고 도 2의 영역 3에 해당하는 두께와 직경을 가지는 자기막에는 자기막의 상면에 수직한 방향으로 자화상태가 배열된 단일 자구가 형성된다. 그리고 도 2의 영역 2에 해당하는 두께와 직경을 가지는 자기막에는 자기소용돌이가 형성된다. 도 2는 철-니켈 합금으로 이루어진 자기막에 대해서 도시하였으나, 그 외의 강자성 물질로 이루어진 자기막의 경우도 이와 유사하다. 또한 자기막이 원판 형상이 아닌 경우에도 자기막의 크기와 두께에 의해 자기막의 자화상태가 결정된다.
따라서 자기고정층(120)에는 상술한 바와 같이 자기소용돌이나 자기고정층(120)의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일 자구가 형성되므로, 자기고정층(120)은 도 2의 영역 1 또는 영역 2에 해당하는 두께와 직경을 갖는다.
따라서 자기고정층(120)의 직경은 0.0001 내지 50μm의 범위에서 설정되고, 두께는 0.0001 내지 10μm의 범위에서 설정된다. 자기고정층(120)을 직경이 0.0001μm보다 작거나 두께가 0.0001μm보다 작게 형성하는 것은 불가능하다. 그리고 자기고정층(120)을 직경이 50μm보다 크거나 두께가 10μm보다 크게 하면 자기소용돌이나 자기고정층(120)의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일 자구가 형성되지 않고 여러 자구가 형성된다.
절연막(130)은 자기고정층(120) 상에 자기고정층(120)과 동일한 형상으로 형성되며, 바람직하게는 원판의 형상으로 형성된다. 절연막(130)은 자기기록소자의 정보를 판독할 때 이용된다. 본 발명에 따른 자기기록소자(100)에 저장되어 있는 정보는 후술할 구동전극 중 하나의 전극(예컨대 참조번호 151a)과 판독전극(110)의 사이에 전압을 인가하여 도출되는 자기저항의 차이로 판독하게 된다. 정보를 판독할 때 오류를 최소화하기 위해서 저장된 정보에 따른 자기저항의 차이를 극대화해야 하고, 이를 위해 터널링 자기저항 효과를 이용한다. 절연막(130)은 터널링 자기저항 효과를 이용하고자 자기고정층(120)과 자기자유층(140) 사이에 형성한다. 그러므로 절연막(130)은 터널링 자기저항 효과가 잘 나타나는 마그네슘 산화막(MgO), 알루미늄 산화막(Al2O3) 또는 스트론튬-티타늄 산화막(SrTiO3, STO)으로 형성하거나 이들의 복합막으로 형성된다. 바람직하게는 절연막(130)은 마그네슘 산화막으로 형성한다. 그리고 터널링 자기저항 효과를 나타내기 위해서 절연막(130)의 두께는 0.5 내지 10nm의 범위로 형성된다. 절연막(130)의 두께가 0.5nm보다 작으면 터널링 자기저항 효과를 극대화할 수 없고, 절연막(130)의 두께가 10nm보다 크면 터널링이 잘 일어나지 않게 된다.
또한 터널링 자기저항의 차이를 극대화하기 위하여, 자기고정층(120)과 절연막(130) 사이 및/또는 자기자유층(140)과 절연막(130)과의 사이에 수 nm 두께의 코발트 박막이나 코발트-철 합금 박막(도면 미도시)이 형성될 수 있다. 코발트-철 합금 박막 박막을 자기고정층(120)과 절연막(130) 사이 및/또는 자기자유층(140)과 절연막(130)과의 사이에 형성하게 되면 계면 특성이 우수해져서 터널링 자기저항의 차이가 커진다. 코발트-철 합금 박막의 두께가 1nm보다 작으면 코발트-철 합금 박 막를 형성하는 효과가 없으며, 코발트-철 합금 박막의 두께가 10nm보다 크면 터널링 자기저항의 효과가 감소하게 된다.
자기자유층(140)은 절연막(130) 상에 절연막(130)과 동일한 형상으로 형성되며, 바람직하게는 원판의 형상으로 형성된다. 자기자유층(140)은 자기고정층(120)과 마찬가지로 강자성 물질로 이루어지며, 강자성 물질인 코발트, 철, 니켈, 철-니켈 합금, 철-코발트 합금, 철-니켈-코발트 합금, 철-니켈-몰리브덴 합금 중에서 선택된 1종 이상으로 구성될 수 있다. 바람직하게는 퍼멀로이라 불리는 철-니켈 합금이 이용된다. 그리고 자기자유층(140)은 자기소용돌이가 형성될 수 있도록 형성된다. 즉, 도 2의 영역 2에 해당하는 두께와 직경을 갖도록 자기자유층(140)이 형성된다. 이를 위해, 자기자유층(140)의 직경은 0.05 내지 50μm의 범위에서 설정되고, 두께는 0.001 내지 10μm의 범위에서 설정된다. 자기자유층(140)의 직경이 0.05μm보다 작거나 두께가 0.001μm보다 작으면 자기자유층(140)에 자기소용돌이가 형성되지 않고 자기자유층(140)의 상면과 평행하거나 수직한 단일자구가 형성된다. 그리고 자기자유층(140)의 직경이 50μm보다 크거나 두께가 10μm보다 크면 자기소용돌이가 형성되지 않고 여러 자구가 형성된다.
도 2의 영역 2에 해당하는 두께와 직경을 가져서 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층(140)의 자화 방향을 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 나타내었다. 자기소용돌이(310)는 자기자유층(140)의 중앙부분에 자기자유층(140)의 상면에 수직한 방향의 자화 성분을 가지는 자기소용돌이 중심(magnetic vortex core)(320a, 320b)을 가진다. 그리고 자기소용돌이 중심(320a, 320b)의 주변에 자기자유층(140) 의 상면과 평행한 방향의 회전하는 자화 성분인 수평자화(330)를 가진다. 이때 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 도 3a에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)의 상면 위쪽 방향으로 형성(320a)되거나 도 3b에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)의 상면 아래쪽 방향으로 형성(320b)된다. 자기소용돌이 중심의 주변에 형성되어 있는 수평자화(330)는 자기소용돌이 중심(320a, 320b)을 중심으로 하여 동심원의 형태를 이룬다. 자기고정층(120)에 자기소용돌이가 형성되어 있을 경우에 자기자유층(140)의 자기소용돌이 중심의 주변에 형성되어 있는 수평자화(330)의 방향은 자기고정층(120)의 자기소용돌이 중심의 주변에 형성되어 있는 수평자화의 방향과 동일하게 형성될 수 있다.
자기자유층(140)에 자기소용돌이가 형성되면, 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 정보를 저장할 수 있다. 즉, 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면에서 위쪽으로 형성된 것(320a)을 "1", 자기자유층(140)의 아래쪽으로 형성된 것(320b)을 "0"이라고 정의하여 정보를 저장할 수 있다.
한편, 자기자유층(140)에 전류 또는 자기장을 인가하게 되면, 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심은 자기자유층(140) 상에서 회전하게 된다. 그러다가 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심이 임계속도 이상이 되면 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환된다. 이와 같은 과정으로 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환되면, 자기기록소자(100)에 새로운 정보가 기록된다. 즉, 자기자유층(140)에 전류 또는 자기장을 인가하여 자 기기록소자(100)에 정보를 기록할 수 있다. 이때 인가되는 전류 또는 자기장은 시간의 변화에 따라 방향이 변하는 전류 또는 자기장, 바람직하게는 원편광 전류(circularly polarized current) 또는 원편광 자기장(circularly polarized magnetic field)이 이용된다.
시간의 변화에 따라 방향이 시계방향으로 변하는 전류 또는 자기장을 인가하게 되면, 일정한 진동수에서 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면 아래쪽인 경우는 작은 크기의 전류 또는 자기장을 인가하여도 전환이 가능하다. 그러나 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면 위쪽인 경우는 큰 크기의 전류 또는 자기장을 인가하여야 전환이 가능해진다.
이와는 반대로 시간의 변화에 따라 방향이 반시계방향으로 변하는 전류 또는 자기장을 인가하게 되면, 일정한 진동수에서 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면 위쪽인 경우는 작은 크기의 전류 또는 자기장을 인가하여도 전환이 가능하다. 그러나 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면 아래쪽인 경우는 작은 크기의 전류 또는 자기장을 인가하여야 전환이 가능해진다.
이러한 특성을 이용하게 되면, 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 방향이 변하지 않는 전류 또는 자기장을 인가하는 것에 비하여 원하는 방향으로 전환하는 것이 가능하므로, 시간의 변화에 따라 방향이 변하는 전류 또는 자기장을 인가하는 것이 바람직하다.
이때 자기소용돌이 중심(320a, 320b)의 주변에 형성되어 있는 수평자화(330) 의 회전방향은 변하지 않는다. 수평자화(330)의 회전방향을 전환시키려면, 자기소용돌이 중심(320a, 320b)의 수직자화 방향을 전환시키는 것보다 훨씬 큰 에너지를 갖는 전류 또는 자기장을 인가해야 한다.
그리고 "0" 또는 "1"로 기록된 정보를 판독하기 위해서, 자기자유층(140)에 시간의 변화에 따라 방향이 변하는 전류 또는 자기장, 바람직하게는 원편광 전류 또는 원편광 자기장을 인가하여 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심을 회전시킨다. 그리고 자기자유층(140)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 회전에 따라 동적으로 변화하는 자기자유층(140)과 자기고정층(120)의 상대적인 수평자화의 차이에 따른 자기저항의 차이를 통해 자기기록소자(100)에 저장된 정보를 판독하게 된다.
자기고정층(120)에 자기소용돌이가 형성되어 있을 경우에는 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심을 회전시키기 위해 인가되는 전류나 자기장에 의해 자기고정층(120)에 형성되어 있는 자기소용돌이가 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심을 회전시키기 위해 전류나 자기장이 인가될 때, 자기고정층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심도 따라서 크게 회전할 수 있다. 이렇게 된다면 자기저항의 차이가 작게 되어, 자기기록소자(100)에 기록되어 있는 정보를 판독기가 어렵게 된다. 따라서 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심을 회전시키기 위해 전류나 자기장을 인가하더라도, 자기저항의 차이를 명확하게 하기 위해 자기고정층(120)에 형성되어 있는 수평자화에 큰 변화가 없도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 정보를 기록하거나 판독할 때 인가되는 전류 또는 자기장의 크기를 작게 하는 것이 전력 소모를 줄이게 되어 자기기록소자(100)를 구동하는데 적은 비용이 소요된다. 이를 위해서 자기자유층(140)에 형성되어 있는 자기소용돌이의 고유진동수(magnetic vortex resonance frequency)에 해당하는 진동수를 갖는 전류나 자기장을 인가하는 것이 바람직하다. 이는 자기소용돌이의 고유진동수에 해당하는 진동수를 갖는 전류나 자기장을 인가하면, 상대적으로 작은 크기의 전류나 자기장을 인가하여도, 고유진동수 이외의 진동수를 가지는 전류나 자기장을 인가한 경우에 비해 상대적으로 훨씬 큰 속도와 훨씬 큰 회전 반경을 가지고 자기소용돌이 중심이 운동하기 때문이다. 자기소용돌이의 고유진동수(ω0)는 수학식 1로 정의된다.
여기서, Ms는 자기막의 포화자화(saturation magnetization)값, χ(0)는 초기 자화율(initial susceptibility), γ는 자이로마그네틱 비율상수(gyromagnetic ratio) 그리고 ξ는 비례상수이다. 자이로마그네틱 비율상수와 비례상수는 자기막의 형성 물질 및 형상에 상관없이 일정한 값이므로, 자기소용돌이의 고유진동수는 자기소용돌이가 형성된 자기막의 초기 자화율에 반비례하고, 포화자화 값의 제곱에 비례한다. 초기 자화율은 자기막의 형상에 의해서 결정되고, 포화자화 값은 자기막의 형성 물질에 의해 결정된다.
결국 자기기록소자(100)에 정보를 기록하거나 판독할 때에 인가되는 전류나 자기장은 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수와 동일한 진동수를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이때 자기고정층(120)가 자기소용돌이가 형성되어 있다면, 자기고정층(120)에 형성된 자기소용돌이 중심도 운동한다. 그러나 자기고정층(120)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수와 자기자유층(120)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수와 다르게 되도록 자기고정층(120)과 자기자유층(140)이 형성된다면, 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심을 회전시키기 위해 인가되는 전류나 자기장이 자기고정층(120)에 미미한 영향만을 미치게 된다. 따라서 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수와 자기고정층(120)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수를 다르도록 자기고정층(120)과 자기자유층(140)을 형성하는 것이 바람직하다.
자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이와 자기고정층(120)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수를 다르게 하기 위해서는 상술한 바와 같이 자기막의 초기 자화율이나 포화 자화 값을 서로 다르게 해야 한다. 초기 자화율은 자기막의 형상과 관련되고, 포화 자화 값은 자기막을 구성하는 물질과 관련되는 값이다. 따라서 자기자유층(140)과 자기고정층(120)의 구성물질, 두께 및 직경 중 적어도 어느 하나가 다르면 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이와 자기고정층(120)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수는 다르게 된다. 특히 제어가 간단한 두께를 조절하는 것, 즉 자기자유층(140)과 자기고정층(120)의 두께를 다르게 형성하는 것이 바람직하다.
반면에, 자기고정층(120)에 자기고정층(120)의 상면과 평행한 방향으로 자화 상태가 배열되는 단일 자구가 형성되어 있는 경우에는, 아주 큰 전류나 자기장이 인가된 경우에만 자기고정층(120)의 단일 자구가 영향을 받는다. 따라서 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환시키거나 자기소용돌이 중심을 회전시킬 때 인가하는 전류나 자기장의 크기 정도로는 자기고정층(120)의 단일 자구에 큰 영향을 미치지 않게 된다.
그리고 자기자유층(140)에 인가하는 전류 또는 자기장이 자기고정층(120)의 상면과 평행한 방향으로 자화상태가 배열된 단일 자구가 형성된 자기고정층(120)에 미치는 영향을 억제하기 위해서 교환 바이어스(exchange bias)가 이용될 수 있다. 이를 위해서 자기고정층(120)의 하부에 반강자성막(antiferromagnetic layer)(도면 미도시)이 형성될 수 있다. 이러한 반강자성막은 외부 전류 또는 자기장에 의해 자기고정층(120)의 상면과 평행한 방향으로 자화상태가 배열된 단일 자구의 구조가 변화하는 것을 방지한다. 반강자성막을 이루는 물질은 철-망간 합금(Fe-Mn alloy), 철-망간-로듐 합금(Fe-Mn-Rh alloy), 철-니켈-망간 합금(Fe-Ni-Mn alloy), 질화철(Fe2N), 산화철(Fe2O3), 불화철(FeF2), 황화철(FeS), 이리듐-망간 합금(Ir-Mn alloy), 니켈-망간 합금(Ni-Mn alloy), 산화니켈(NiO), 산화코발트(CoO), 질화코발트(CoN), 코발트-망간 합금(Co-Mn alloy), 코발트-크롬 합금(Co-Cr alloy), 산화망간(MnO), 산화크롬(Cr2O3), 크롬-망간 합금(Cr-Mn alloy), 크롬-망간-백금 합금(Cr-Mn-Pt alloy), 백금-망간 합금(Pt-Mn alloy), 팔라듐-망간 합금(Pd-Mn alloy) 및 팔라듐-백금-망간 합금(Pd-Pt-Mn alloy) 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)은 한쪽으로 길게 뻗은 평판의 형상으로 형성된다. 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b) 역시 판독전극(110)과 마찬가지로 티타늄, 금, 구리 및 알루미늄 중에서 선택된 1종 이상의 물질 또는 이들의 복합층으로 형성된다. 바람직하게는 티타늄과 금의 이중층으로 형성된다. 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b) 중 참조번호 150a 및 150b로 표시된 구동전극이 하나의 구동전극쌍을 이루고, 참조번호 151a 및 151b로 표시된 구동전극이 다른 하나의 구동전극쌍을 이룬다. 그리고 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)은 자기자유층(140)의 둘레방향을 따라 90°간격으로 형성되며, 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)과 자기자유층(140)은 오믹 콘택(ohmic contact)되도록 배치된다.
이로 인해 구동전극쌍(150, 151)에 전압을 인가하면 자기자유층(140)에 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)의 배치는 자기자유층(140)에 시간에 따라 변하는 전류, 바람직하게는 원편광 전류를 인가하기 위한 것이다. 즉, 구동전극쌍(150, 151)에 진동수와 진폭이 동일하고 90°의 위상차를 가지는 사인파형 또는 코사인파형의 교류 전압을 인가하게 되면, 자기자유층(140)에는 원편광 전류가 인가된다.
구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)은 도 1에 도시된 것과 같이 자기자유층(140)의 상부에 둘레방향을 따라 90°의 간격으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 4개의 전극(150a, 150b, 151a, 151b)이 모두 다른 각도의 간격으로 자기자유층(140)의 둘레방향을 따라 형성될 수 있다. 그리고 자기자유층(140)과 오믹 콘택되도록 측면에 배치될 수도 있고, 자기자유층(140)과 오믹 콘택되도록 3개 이상의 구동전극쌍이 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 자기기록소자(100)는 자기고정층(120)과 자기자유층(140) 사이에 절연막(130)을 구비하여 자기기록소자(100)에 저장되어 있는 정보 판독시 터널링 자기저항 효과를 이용하는 것에 대해 도시하고 설명하였으나 이에 한정되는 것이 아니라, 자기기록소자(100)는 절연막 대신 전도막을 구비할 수 있다.
전도막 또한 자기고정층(120)과 자기자유층(140) 사이에 자기고정층(120)과 동일한 형상으로 형성되며, 바람직하게는 원판의 형상으로 형성된다. 전도막은 절연막과 마찬가지로 자기기록소자(100)에 저장되어 있는 정보 판독시 자기저항의 차이를 크게 하여 상술한 거대 자기저항의 효과를 이용하기 위한 것이다. 따라서 전도막은 거대 자기저항 효과가 잘 나타나는 티타늄, 금, 구리 및 알루미늄 중에서 선택된 1종 이상 또는 이들의 복합층으로 구성될 수 있다. 바람직하게는 구리로 형성된다. 그리고 전도막의 두께는 0.5 내지 100nm의 범위로 설정된다. 전도막의 두께가 0.5nm보다 작으면 전도막을 형성한 효과가 거의 나타나지 않게 되고, 전도막의 두께가 100nm보다 크면 거대 자기저항의 차이를 극대화하기 어렵다. 전도막이 이용되는 경우에도 절연막이 이용되는 경우와 마찬가지로 자기저항의 차이를 극대화하기 위해, 자기고정층(120)과 절연막(130) 사이 및/또는 자기자유층(140)과 절연막(130)과의 사이에 수 nm 두께의 코발트 박막이나 코발트-철 합금 박막(도면 미도시)이 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 자기기록소자의 바람직한 제2실시예의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 제2실시예의 자기기록소자(400)는 판독전극(410), 자기고정층(420), 절연막(430), 자기자유층(440) 및 구동전극(450, 451)을 구비한다.
제2실시예의 자기기록소자(400)가 구비한 판독전극(410), 자기고정층(420), 절연막(430) 및 자기자유층(440)은 도 1에서 도시하고 설명한 제1실시예의 자기기록소자(100)가 구비한 판독전극(110), 자기고정층(120), 절연막(130) 및 자기자유층(140)에 각각 대응된다. 제2실시예의 자기기록소자(400)의 경우도 자기자유층(440)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향으로 정보를 저장한다.
제2실시예의 자기기록소자(400)가 구비한 구동전극(450, 451)은 자기자유층(440)의 상부 중앙부를 덮는 형태로 교차 배치되게 복수로 형성될 수 있다. 바람직하게는 2개의 구동전극(450, 451)이 90°의 각도로 교차되게 형성한다. 구동전극(450, 451) 역시 제1실시예의 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)과 마찬가지로 티타늄, 금, 구리 및 알루미늄 중에서 선택된 1종 이상의 물질 또는 이들의 복합층으로 형성된다. 바람직하게는 티타늄과 금의 이중층으로 형성된다. 이와 같이 형성된 구동전극(450, 451)을 통해 전류를 인가하게 되면, 자기자유층(440)에 자기장이 인가된다.
도 4에는 구동전극(450, 451)이 자기자유층(440)의 상부 중앙부를 덮는 형태 로 90°의 각도로 교차되게 형성되는 경우에 대해서 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 1개의 구동전극은 자기자유층(440)의 상부에 배치되고, 나머지 1개의 구동전극은 자기자유층(440)의 하부에 배치될 수 있다. 그리고, 2개의 구동전극(450, 451)이 90°의 각도로 교차되지 않고, 90°의 각도가 이외의 소정의 각도로 교차되게 형성될 수도 있고, 자기자유층(440)의 상부 중앙부가 아닌 주변부를 덮는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도 4에는 2개의 구동전극으로 이루어진 경우 대해 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 자기자유층(140)의 상부 및/또는 하부에 3개 이상의 구동전극이 교차되게 형성될 수 있다.
제2실시예도 제1실시예와 마찬가지로 터널링 자기저항 효과를 이용하기 위한 절연막(430) 대신에 거대 자기저항 효과를 이용하기 위한 전도막이 형성되도록 할 수 있다. 이때의 전도막은 제1실시예에서 상술한 전도막에 대응된다.
도 5는 본 발명에 따른 자기기록소자의 바람직한 제3실시예의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 제3실시예의 자기기록소자(500)는 자기자유층(540), 구동전극(550a, 550b, 551a, 551b) 및 판독도선(510)을 구비한다.
제3실시예의 자기기록소자(500)가 구비한 자기자유층(540) 및 구동전극(550a, 550b, 551a, 551b)은 도 1에서 도시하고 설명한 제1실시예의 자기기록소자(100)가 구비한 자기자유층(140) 및 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)에 각각 대응된다. 제3실시예의 자기기록소자(500)의 경우도 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향으로 정보를 저장한다.
제3실시예의 자기기록소자(500)가 구비한 판독도선(510)은 한 방향으로 길게 뻗은 형상으로 자기자유층(540) 주변에 배치된다. 구동전극(550a, 550b, 551a, 551b)을 통해 자기자유층(540)에 소정의 전압이 인가되면 상술한 바와 같이 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심이 운동하게 된다. 이와 같이 자기소용돌이 중심이 운동함에 따라 자기소용돌이 중심에 의해 발생되는 자기장이 변화하게 되고 이러한 자기장의 변화에 의해 판독도선(510)에 유도전압이 발생하게 된다.
상술한 바와 같이 정보를 판독하기 위해 구동전극(550a, 550b, 551a, 551b)에 전압을 인가할 때 자기기록소자(500)에 저장되어 있는 정보에 따라 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 회전반경이 다르다. 이러한 회전반경의 차이에 의해 자기기록소자(500)에 저장되어 있는 정보에 따라 자기자유층(540) 주변의 자기장의 변화가 다르게 된다. 자기장의 변화가 달라지면 판독도선(510)에 유도되는 유도전압의 크기 또는 유도전압의 변화 정도가 다르게 되므로 판독도선(510)에 흐르는 전류를 측정함으로써 자기기록소자(500)에 저장되어 있는 정보를 알 수 있게 된다.
자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 운동에 의해 유도되는 유도전압의 차이를 크게 하기 위해, 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심이 운동할 때 판독도선(510)의 좌우로 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심이 움직일 수 있도록 판독도선(510)이 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 판독도선(510)의 너비는 자기자유층(540)의 직경보다 작게 하는 것이 바람직하다. 판독도선(510)의 너비가 자기자유층(540)의 직경보다 더 크다면, 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이가 운동하더라도 전부 판독도선(510)의 범위 안에서 이루어지므로, 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 회전반경에 따른 유도전압의 차이가 크지 않기 때문이다.
그리고 판독도선(510)은 자기자유층(540)의 중심과 이격되게 배치되는 것이 바람직하다. 이는 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이의 회전반경이 작은 경우에는 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이가 판독도선(510)의 한쪽편에서만 움직이도록 하기 위함이다. 이와 같이 하여 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이의 회전반경에 따른 유도전압의 차이가 더욱 커지게 하여 오류 없이 자기기록소자(500)에 저장된 정보를 판독할 수 있다.
제3실시예의 자기기록소자(500)는 구동전극(550a, 550b, 551a, 551b)이 자기자유층(540)과 오믹 콘택되도록 배치되어 있으나, 제2실시예의 구동전극과 같은 구성을 가진 구동전극이 자기자유층(540)의 상부 및/또는 하부에 형성되는 경우에도 유사하다. 다만 이경우에는 구동전극을 통해 전류가 인가되고, 이로써 자기자유층(540)에 자기장이 인가되어 자기자유층(540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심을 회전시키게 된다.
상술한 본 발명에 따른 제1실시예, 제2실시예 및 제3실시예의 자기기록소자(100, 400, 500)를 이용하여 정보를 저장할 수 있다. 이때 정보는 자기기록소자(100, 400, 500)가 구비한 자기자유층(140, 440, 540)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"로 정보를 저장한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발 명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 자기기록소자의 바람직한 제1실시예의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 자기막의 구성물질이 퍼멀로이이고, 자기이방성상수(magnetic anisotropy, Ku)가 0이며, 자기막이 원판의 형상을 가지는 경우에 자기막의 두께와 직경에 따라 자기막에 형성된 자화상태의 변화를 나타낸 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기막의 자화 방향을 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 4는 본 발명에 따른 자기기록소자의 바람직한 제2실시예의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자기기록소자의 바람직한 제3실시예의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
Claims (39)
- 판독전극;상기 판독전극 상에 형성된 자기고정층;상기 자기고정층 상에 형성된 절연막;상기 절연막 상에 형성되고, 자기소용돌이(magnetic vortex)가 형성되어 있는 자기자유층; 및상기 자기자유층과 오믹(ohmic) 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 판독전극;상기 판독전극 상에 형성된 자기고정층;상기 자기고정층 상에 형성된 전도막;상기 전도막 상에 형성되고, 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층; 및상기 자기자유층과 오믹 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 판독전극;상기 판독전극 상에 형성된 자기고정층;상기 자기고정층 상에 형성된 절연막;상기 절연막 상에 형성되고, 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층; 및상기 자기자유층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 서로 교차 형성된 복수의 구동전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 판독전극;상기 판독전극 상에 형성된 자기고정층;상기 자기고정층 상에 형성된 전도막;상기 전도막 상에 형성되고, 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층; 및상기 자기자유층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 서로 교차 형성된 복수의 구동전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층;상기 자기자유층과 오믹 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍; 및상기 자기자유층 주변에 배치되어 상기 자기소용돌이 중심(core)의 운동에 의해 발생되는 유도전압에 의해 생성된 전류가 흐르는 판독도선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층;상기 자기자유층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 서로 교차 형성된 복수의 구동전극; 및상기 자기자유층 주변에 배치되어 상기 자기소용돌이 중심의 운동에 의해 발생되는 유도전압에 의해 생성된 전류가 흐르는 판독도선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 복수의 구동전극쌍은,2개의 구동전극쌍으로 이루어지고, 상기 2개의 구동전극쌍을 이루는 4개의 구동전극은 인접한 자기기록소자의 방향으로 길게 뻗은 판 형상으로 상기 자기자유층의 둘레 방향을 따라 90°의 간격으로 배치되며, 서로 마주보고 있는 2개의 구동전극이 각 하나의 구동전극쌍을 이루는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제3항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 복수의 구동전극은,길게 뻗은 판 형상으로 상기 자기자유층의 상부에 90°의 각도로 서로 교차되게 2개 배치되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기자유층은 강자성물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제9항에 있어서,상기 강자성 물질은,코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 철-니켈 합금(permalloy), 철-코발트 합금(permendur), 철-니켈-코발트 합금(perminvar) 및 철-니켈-몰리브덴 합금(supermalloy) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기자유층은 원판의 형상인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제11항에 있어서,상기 자기자유층의 직경은 0.05 내지 50μm 인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기자유층의 두께는 0.001 내지 10μm 인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기고정층은 강자성물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제14항에 있어서,상기 강자성 물질은,코발트, 철, 니켈, 철-니켈 합금, 철-코발트 합금, 철-니켈-코발트 합금 및 철-니켈-몰리브덴 합금 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기고정층은 원판의 형상인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제16항에 있어서,상기 자기고정층의 직경은 0.0001 내지 50μm 인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기고정층의 두께는 0.0001 내지 10μm 인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기자유층은,상기 자기고정층을 형성하는 물질, 상기 자기고정층 상면의 크기 및 상기 자기고정층의 두께 중 적어도 어느 하나와 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기고정층에 자기소용돌이가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제20항에 있어서,상기 자기고정층에 형성된 자기소용돌이 중심 주변에 상기 자기고정층 상면과 평행하게 형성된 수평자화의 회전 방향이 상기 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심 주변에 상기 자기자유층 상면과 평행하게 형성된 수평 자화의 회전 방향과 동일한 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 자기고정층에 상기 자기고정층의 상면과 평행하게 자화상태가 배열된 단일 자구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제22항에 있어서,상기 자기고정층의 하부에 반강자성물질로 형성된 반강자성막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제23항에 있어서,상기 반강자성물질은,철-망간 합금(Fe-Mn alloy), 철-망간-로륨 합금(Fe-Mn-Rh alloy), 철-니켈-망간 합금(Fe-Ni-Mn alloy), 질화철(Fe2N), 산화철(Fe2O3), 불화철(FeF2), 황화철(FeS), 이리듐-망간 합금(Ir-Mn alloy), 니켈-망간 합금(Ni-Mn alloy), 산화니켈(NiO), 산화코발트(CoO), 질화코발트(CoN), 코발트-망간 합금(Co-Mn alloy), 코발트-크롬 합금(Co-Cr alloy), 산화망간(MnO), 산화크롬(Cr2O3), 크롬-망간 합금(Cr-Mn alloy), 크롬-망간-백금 합금(Cr-Mn-Pt alloy), 백금-망간 합금(Pt-Mn alloy), 팔라듐-망간 합금(Pd-Mn alloy) 및 팔라듐-백금-망간 합금(Pd-Pt-Mn alloy) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 복수의 구동전극쌍은,티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중에서 선택된 1종 이상 또는 이들의 복합층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제3항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 복수의 구동전극은,티타늄, 금, 구리 및 알루미늄 중에서 선택된 1종 이상 또는 이들의 복합층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 판독전극은,티타늄, 금, 구리 및 알루미늄 중에서 선택된 1종 이상 또는 이들의 복합층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,상기 절연막은,마그네슘 산화물(MgO), 알루미늄 산화물(Al2O3) 및 스트론튬-티타늄 산화물(SrTiO3, STO) 중에서 선택된 1종 이상 또는 이들의 복합층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 또는 제3항에 있어서상기 절연막의 두께는 0.5 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,상기 자기고정층과 상기 절연막 사이 및 상기 절연막과 상기 자기자유층 사이 중 적어도 하나에 코발트 박막 또는 코발트-철 합금 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제30항에 있어서,상기 코발트 박막 또는 상기 코발트-철 합금 박막의 두께는 0.5 내지 10 nm 인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제2항 또는 제4항에 있어서,상기 전도막은,티타늄, 금, 구리 및 알루미늄 중에서 선택된 1종 이상 또는 이들의 복합층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제2항 또는 제4항에 있어서,상기 전도막의 두께는 0.5 내지 100nm 인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제2항 또는 제4항에 있어서,상기 자기고정층과 상기 전도막 사이 및 상기 전도막과 상기 자기자유층 사이 중 적어도 하나에 코발트 박막 또는 코발트-철 합금 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제34항에 있어서,상기 코발트 박막 또는 상기 코발트-철 합금 박막의 두께는 0.5 내지 10 nm 인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제5항 또는 제6항에 있어서,상기 판독도선은 상기 자기자유층과 전기적으로 절연인 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제5항 또는 제6항에 있어서,상기 판독도선의 너비는 상기 자기자유층의 상면의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제5항 또는 제6항에 있어서,상기 판독도선은 상기 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이의 중심의 위치와 상호 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 자기기록소자를 이용하여 정보를 저장하는 방법으로,상기 자기기록소자에 구비되어 있는 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심 의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"로 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보저장방법.
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