KR100931555B1 - 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법 - Google Patents

자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법 Download PDF

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Abstract

자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법이 개시된다. 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법은 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층 및 자기자유층과 오믹 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍을 구비한 자기기록소자가 행 및 열로 정렬되고, 각각의 자기기록소자는 인접한 자기기록소자와 구동전극쌍을 공유하여 어레이를 이루고 있는 자기 랜덤 액세스 메모리를 준비한다. 그리고 정보를 기록하고자 선택된 자기기록소자에 구비된 복수의 구동전극쌍에 소정의 전압을 인가하여, 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지한다. 그리고 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당한다. 본 발명에 의하면, 시간에 따라 방향이 변하는 전류 또는 자기장을 자기기록소자에 인가하여, 자기기록소자의 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 선택적으로 스위칭할 수 있게 되어 정보의 기록을 손쉽고 정확하게 할 수 있다. 또한, 정보를 기록하고자 하는 자기기록소자의 선택이 용이하게 되고, 정보 기록에 적은 전력이 소모되며, 정보 기록을 위한 스위칭을 매우 빠른 속도로 할 수 있다.

Description

자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법{Method for recording of information in magnetic random access memory}
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 비휘발성 자기 랜덤 액세스 메모리(nonvolatile magnetic random access memory)의 정보기록방법에 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, 전력소모가 적고, 간편하며, 수 나노초(ns) 이하의 시간으로 스위칭이 가능하고, 평방 인치당 수 기가바이트 이상의 고집적이 가능한 자기소용돌이를 이용한 자기기록소자가 행 및 열로 정렬된 비휘발성 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법은 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층 및 상기 자기자유층과 오믹 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍을 구비한 자기기록소자가 행 및 열로 정렬되고, 상기 각각의 자기기록소자는 인접한 자기기록소자와 상기 구동전극쌍을 공유하여 어레이를 이루고 있는 자기 랜덤 액세스 메모리를 준비하는 단계; 정보를 기록하고자 선택된 자기기록소자에 구비된 복수의 구동전극쌍에 소정의 전압을 인가하여, 상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계; 및 상기 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 갖는다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다른 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법은 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층 및 상기 자기자유층의 상부 및/또는 하부에 서로 교차 형성된 복수의 구동전극을 구비한 자기기록소자가 행 및 열로 정렬되고, 상기 각각의 자기기록소자는 인접한 자기기록소자와 상기 구동전극을 공유하여 어레이를 이루고 있는 자기 랜덤 액세스 메모리를 준비하는 단계; 정보를 기록하고자 선택된 자기기록소자에 구비된 복수의 구동전극에 소정의 전류를 인가하여, 상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계; 및 상기 모든 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 갖는다.
본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법에 의하면, 시간에 따라 방향이 변하는 전류 또는 자기장을 자기기록소자에 인가하여, 자기기록소자의 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 선택적으로 스위칭할 수 있게 되어 정보의 기록을 손쉽고 정확하게 할 수 있다. 또한, 정보를 기록하고자 하는 자기기록소자의 선택이 용이하게 되고, 정보 기록에 적은 전력이 소모되며, 정보 기록을 위한 스위칭을 매우 빠른 속도로 할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모 리의 정보기록방법의 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 이용되는 자기 랜덤 액세스 메모리의 바람직한 일 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 자기 랜덤 액세스 메모리(2900)는 자기기록소자(100)가 행 및 열로 정렬되어 어레이를 이룬다. 자기기록소자(100)는 판독전극(110), 자기고정층(120), 절연막(130), 자기자유층(140) 및 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)을 구비한다. 그리고 자기기록소자(100)는 인접한 다른 자기기록소자와 판독전극(110)과 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)을 공유하여 어레이를 이루어 자기 랜덤 액세스 메모리(2900)를 형성한다.
자기기록소자(100)에 구비된 판독전극(110)은 한쪽으로 길게 뻗은 판 형상으로 형성되어 후술할 구동전극쌍(150, 151)의 사이 방향 중 어느 하나의 방향으로 배치되며, 자기기록소자(100)에 저장되어 있는 정보를 판독할 때 이용된다. 판독전극(110)은 티타늄과 금의 이중층(bilayer)으로 형성된다.
자기기록소자(100)에 구비된 자기고정층(120)은 판독전극(110) 상에 원판의 형상으로 형성된다. 그리고 자기고정층(120)은 강자성 물질인 퍼멀로이라고 불리는 철-니켈 합금으로 형성된다. 자기고정층(120)은 자기기록소자의 정보를 판독할 때 기준이 되는 자화를 제공한다. 이를 위해서, 자기고정층(120)에는 자기소용돌 이(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. 이와 같이 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.
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.
자기기록소자(100)에 구비된 절연막(130)은 자기고정층(120) 상에 자기고정층(120)과 동일한 형상, 즉 원판의 형상으로 형성된다. 절연막(130)은 터널링 자기저항 효과를 이용하기 위하여 자기고정층(120)과 자기자유층(140) 사이에 형성된 다. 따라서 절연막(130)은 터널링 자기저항 효과가 잘 나타나는 마그네슘 산화막(MgO)으로 형성된다.
자기기록소자(100)에 구비된 자기자유층(140)은 절연막(130) 상에 절연막(130)과 동일한 형상, 즉 원판의 형상으로 형성된다. 자기자유층(140)은 자기고정층(120)과 마찬가지로 강자성 물질로 이루어지며, 강자성 물질인 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.
도 2의 영역 2에 해당하는 두께와 직경을 가져서 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층(140)의 자화 상태를 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(310)는 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.
이와 같이 자기소용돌이(310)가 형성되도록 두께와 직경을 조절하여 자기자 유층(140)이 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.
자기기록소자(100)에 구비된 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)은 한쪽으로 길게 뻗은 평판의 형상으로 형성된다. 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b) 역시 판독전극(110)과 마찬가지로 티타늄과 금의 이중층으로 형성될 수 있다. 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, 1510)에 전압을 인가하면 자기자유층(140)에 전류가 흐르게 된다.
구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)은 도 1에 도시된 것과 같이 자기자유층(140)의 둘레방향을 따라 90°의 간격으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 4개의 전극(150a, 150b, 151a, 151b)이 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 복수의 구동전극쌍이 형성될 수 있다. 그리고 3개 이상의 구동전극쌍이 자기자유층(140)과 오믹 콘택되도록 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 이용되는 자기 랜덤 액세스 메모리에 대한 바람직한 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 자기 랜덤 액세스 메모리(3200)는 자기기록소자(400)가 행 및 열로 정렬되어 어레이를 이룬다. 자기기록소자(400)는 판독전극(410), 자기고정층(420), 절연막(430), 자기자유층(440) 및 구동전극(450, 451)을 구비한다. 그리고 자기기록소자(400)는 인접한 자기기록소자와 판독전극(410)과 구동전극(450, 451)을 공유하여 어레이를 이룬다.
도 4에 도시된 자기 랜덤 액세스 메모리(3200)를 구성하는 자기기록소자(400)에 구비된 판독전극(410), 자기고정층(420), 절연막(430) 및 자기자유층(440)은 도 1에 도시된 판독전극(110), 자기고정층(120), 절연막(130) 및 자기자유층(140)에 각각 대응된다.
도 4의 자기기록소자(400)가 구비한 구동전극(450, 451)은 자기자유층(440)의 상부 중앙부를 덮는 형태로 교차 배치되게 복수로 형성될 수 있다. 바람직하게는 2개의 구동전극(150b)이 90°의 각도로 교차되게 형성한다. 구동전극(450, 451) 역시 도 1의 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)과 마찬가지로 티타늄과 금의 이중층으로 형성될 수 있다. 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 형태로 90°의 각도로 교차되게 형성되는 경우에 대해서 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 1개의 구동전극은 자기자유층(440)의 상부에 배치되고, 나머지 1개 의 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.
도 1 및 도 4에 도시된 자기 랜덤 액세스 메모리(2900, 3200)를 구성하는 각각의 자기기록소자(100, 400)는 그 위치에 관계 없이 모두 일정한 특성, 상세하게는 정보의 저장, 기록 및 판독을 위해 인가되는 전류 또는 자기장에 대해 동일한 반응을 나타내야 한다. 따라서, 자기랜덤 액세스 메모리(2900, 3200)를 구성하는 자기기록소자(100, 400, 500)는 모든 자기기록소자에서 동일한 형상, 동일한 두께 및 동일한 물질로 형성되어야 한다.
특히 자기 랜덤 액세스 메모리(2900, 3200)를 구성하는 모든 자기기록소자에 구비된 자기자유층(140, 440)에 형성되어 있는 자기소용돌이의 고유진동수가 동일하게 구성되도록 한다. 그리고 자기자유층(140, 440)에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심 주변에 자기자유층의 상면과 평행하게 배열된 수평자화의 회전 방향도 모든 자기기록소자에서 동일하도록 자기 랜덤 액세스 메모리(2900, 3200)가 구성되어야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 참고적으로, 후술하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법은 상술한 도 1에 도시된 자기 랜덤 액세스 메모리(2900)를 이용해서 구현하는 것으로 설명하겠지만, 자기소용돌이가 형성된 자기막과 이 자기막과 오믹 콘택되도록 배치되고, 인접된 자기기록 소자와 연결되는 복수의 구동전극쌍을 구비하는 자기기록소자가 행 및 열로 배열되어 어레이를 이루어 자기 랜덤 액세스 메모리를 이룬 것이면 다른 자기 랜덤 액세스 메모리를 이용해도 된다.
도 5를 참조하면, 우선 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층(140) 및 자기자유층(140)과 오믹 콘택되도록 배치되어 있는 4개의 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)을 구비한 자기기록소자(100)가 행 및 열로 정렬된 자기 랜덤 액세스 메모리(2900)를 준비한다(S3410). 자기 랜덤 액세스 메모리(2900)는 도 1에 도시된 바와 같이 자기기록소자(100)들이 인접한 자기기록소자들과 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)과 판독전극(110)을 공유하여 어레이를 이루고 있다. 자기기록소자(100)에 구비된 자기자유층(140)은 자기소용돌이가 형성되도록 도 2에 도시된 영역 2에 해당하는 직경과 두께를 갖도록 형성한다. 그리고 4개의 구동전극은 상술한 바와 같이 서로 마주보고 있는 구동전극(150a와 150b, 151a와 151b)이 각각 구동전극쌍(150, 151)을 이룬다.
다음으로, 정보를 기록하고자 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍(150, 151)에 전압을 인가한다(S3420). 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 시간의 변화에 따라 방향이 변하는 전류를 인가하여 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시킨다. 그리고 선택되지 않은 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지시킨다.
자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층(140)에 전류를 인가하게 되면 자기소용돌이 중심이 움직인다. 그러다가 자기소용돌이 중심의 운동 속도가 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환되는 임계속도 이상이 되면, 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환된다.
도 6은 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법에 있어서, 정보를 기록하고자 선택된 자기기록소자와 선택되지 않은 자기기록소자를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 자기 랜덤 액세스 메모리는 구동전극쌍에 의해 연결되어 있으므로 정보를 기록하고자 선택된 자기기록소자(3510) 외에 선택되지 않은 자기기록소자(3520)에도 전류가 인가될 수 있다. 따라서, 사용자가 정보를 기록하고자 하는 자기기록소자(3510)의 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고, 선택되지 않은 나머지 자기기록소자(3520)의 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 전환되지 않고 일정하게 유지되어야 하는 것이 요구된다.
이때 자기자유층(140)에 인가되는 전류의 형태에 따라서 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환되는 조건을 도 7에 나타내었다. 도 7은 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 위쪽으로 전환시키기 위한 진동수 및 진폭 조건을 나타내는 도면이다. 도 7의 x축은 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수(ω0)에 대한 인가되는 전류의 진동수(ω)의 비이고, y축은 인가되는 전류의 크기(I)이다. 자기소용돌이의 고유진동수(ω0)는 수학식 1로 정의된다.
Figure 112007074988670-pat00001
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
도 7을 참조하면, 참조번호 1910으로 표시된 곡선은 자기자유층(140)에 우측으로 원편광된 전류를 인가하는 경우이고, 참조번호 1920으로 표시된 곡선은 자기자유층(140)에 좌측으로 원편광된 전류를 인가하는 경우이며, 참조번호 1930으로 표시된 곡선은 자기자유층(140)에 선편광 전류를 인가하는 경우이다.
원편광 전류란 전류의 크기는 시간의 변화에 관계 없이 동일하고 전류의 방향이 시간의 변화에 따라 전류를 의미한다. 우측으로 원편광된 전류란 시계방향으로 전류의 방향이 변하는 원편광 전류이고, 좌측으로 원편광된 전류란 반시계방향 으로 전류의 방향이 변하는 원편광 전류이다. 그리고 선편광 전류란 일직선 상에서 전류의 크기만이 변화하는 전류를 의미한다.
각 곡선(1910, 1920, 1930)에 해당하는 조건, 즉 일정한 진동수를 가지는 원편광 또는 선편광 전류를 각 곡선에 해당하는 크기의 전류 또는 그보다 큰 크기를 갖는 전류를 자기자유층(140)에 인가하게 되면 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환된다.
도 7에 도시된 바와 같이 우측으로 원편광된 전류를 인가하는 경우(1910)에 가장 작은 크기를 가지는 전류를 인가하여 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 자기자유층(140)의 상면 아래쪽 방향에서 위쪽 방향으로 전환시킬 수 있다. 특히, 자기소용돌이의 고유진동수(ω0)와 동일한 진동수를 가지는 전류를 인가하는 경우에 가장 작은 크기를 가지는 전류를 인가하여 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환시킬 수 있다. 자기소용돌이의 고유진동수와 동일한 진동수를 가지는 우측으로 원편광된 전류를 인가하면(1910) 선편광 전류를 인가했을 때(1930)에 비하여 절반 정도의 크기의 전류로써, 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 자기자유층(140)의 상면 아래쪽 방향에서 위쪽 방향으로 전환시킬 수 있게 된다. 그리고 우측으로 원편광된 전류를 인가하는 경우(1910)와 좌측으로 원편광된 전류를 인가하는 경우(1920) 자기소용돌이의 고유진동수 근처에서는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 자기자유층(140)의 상면 아래쪽 방향에서 위쪽 방향으로 전환시키는 전 류의 크기 차이는 8배 정도가 된다.
이와는 반대로, 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 자기자유층(140)의 상면 위쪽 방향에서 아래쪽 방향으로 전환되는 주파수 및 진폭 조건을 나타내는 도면 또한 도 7과 유사하다. 다만 좌측으로 원편광된 전류를 인가하는 경우가 도 7의 참조번호 1910으로 표시되는 곡선에 대응되고, 우측으로 원편광된 전류를 인가하는 경우가 도 7의 참조번호 1920으로 표시되는 곡선에 대응된다. 그리고 선편광 전류를 인가하는 경우는 도 7의 참조번호 1930으로 표시되는 곡선에 대응된다. 즉, 선편광 전류를 인가하게 되면 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환시키는 조건은 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향과는 무관하다.
구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)이 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 가져 2개의 구동전극쌍(150, 151) 중 하나의 구동전극쌍(예컨대, 150)에만 사인파형 또는 코사인파형의 교류전압을 인가한다거나 2개의 구동전극쌍(150, 151)에 위상과 진동수가 동일한 전압을 인가한다면 자기자유층(140)에 선편광 전류가 흐른다. 2개의 구동전극쌍(150, 151)에 소정의 위상 차이를 가지며, 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류전압을 인가한다면 자기자유층(140)에 타원편광 전류가 흐른다. 특히, 2개의 구동전극쌍(150, 151)에 위상 차이가 90°이고, 진폭과 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류전압을 인가한다면 자기자유층(140)에 원편광 전류가 흐른다.
도 6의 참조번호 3510으로 표시된 자기기록소자에 정보를 기록하고자 할 때, 참조번호 3510으로 표시된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍(150, 151)에 위상 차이가 90°이고, 진폭과 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류전압을 인가한다. 그러면, 참조번호 3510으로 표시된 자기기록소자에는 원편광 전류가 흐르지만 참조번호 3520으로 표시된 자기기록소자에는 선편광 전류가 흐른다.
도 7의 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환시키는 주파수 및 진폭 조건을 나타내는 도면에 도시된 바와 같이 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 자기자유층(140)의 상면 위쪽 방향으로 형성하기 위해서, 선택된 자기기록소자(3510)에 우측으로 원편광된 전류가 흐르도록 구동전극쌍(150, 151)에 전압을 인가한다. 인가되는 전류의 크기는 특정 진동수에서 선택된 자기기록소자(3510)에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 자기자유층의 상면 아래쪽에서 위쪽으로 전환시킬 수 있는 조건으로 한다. 바람직하게는 자기자유층에 인가되는 전류의 진동수가 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이의 고유진동수와 같게 하기 위해 구동전극쌍(150, 151)에 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이의 고유진동수와 동일한 전압을 인가한다.
다만, 선택되지 않은 자기기록소자(3520)에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환되지 않기 위해서, 선편광 전류를 인가하였을 경우에 수직자화 방향이 전환되지 않는 조건으로 인가되는 전압의 크기를 조절한다. 즉, 구동전극쌍(150, 151)을 통해 인가되는 전압의 크기를 조절하여 도 7의 참조번호 1910과 1930에 해당하는 곡선의 사이의 크기를 가지는 전류를 자기자유층에 인가하면, 선택된 자기기록소자(3510)에 구비된 자기자유층에 형성되어 있 는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 자기자유층의 상면 위쪽 방향으로 형성된다. 그리고 선택되지 않은 자기기록소자(3520)에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 자기자유층에 전류가 인가되기 이전의 상태가 유지된다.
그리고 도 7의 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환시키는 주파수 및 진폭 조건을 나타내는 도면은 자기자유층에 타원편광 전류를 인가하여 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환하고자 하는 경우에도 유사하게 나타나므로, 타원편광 전류가 자기자유층에 인가되도록 할 수 있다. 그리고 원편광 전류나 타원편광 전류가 아니더라도 시간의 변화에 따라 방향이 변하는 전류를 인가하여 유사한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 시간에 따라 방향이 변하는 펄스형태의 전류를 자기자유층에 인가하여도 정보를 저장하고자 선택된 자기기록소자(3510)에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시킬 수 있다. 이때 자기자유층(140)에 인가되는 펄스 전류의 형태에 따라서 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 위쪽으로 전환시키기 위한 조건을 도 8 및 도 9에 나타내었다. 도 8 및 도 9에 이용되는 자기자유층(140)의 형상은 반경이 150nm인 원판이고 두께는 20nm이다. 도 8에 도시된 x축은 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수(ω0)에 대한 인가되는 전류의 진동수(ω)의 비이고, y축은 인가되는 전류의 크기(I)이다. 그리고 도 9에 도시된 x축은 가우시안 밀집 도(Gaussian distribution)의 반치폭(tFWHM)이고, y축은 인가되는 전류의 크기(I)이다.
도 8을 참조하면, 도 8의 참조번호 4310으로 표시된 그래프는 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)을 통해 한주기의 사인 펄스형태의 전압을 인가하되 제2구동전극(151a, 151b)을 통해 인가되는 전압을 1/4주기 늦게 인가하여 시계방향으로 회전하는 전류를 자기자유층(140)에 인가한 경우이다. 도 8의 참조번호 4320으로 표시된 그래프는 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)을 통해 한주기의 사인 펄스형태의 전압을 인가하되 제1구동전극(150a, 150b)을 통해 인가되는 전압을 1/4주기 늦게 인가하여 반시계방향으로 회전하는 전류를 자기자유층(140)에 인가한 경우이다. 그리고 도 8의 참조번호 4330으로 표시된 그래프는 제1구동전극(150a, 150b)만을 통하여 반주기의 사인 펄스형태의 전압을 인가한 경우이다.
이때 참조번호 4310의 경우에 자기자유층(140)에 인가되는 전류의 형태는 우측으로 원편광된 전류의 일부에 해당하고, 참조번호 4320의 경우에 자기자유층(140)에 인가되는 전류의 형태는 좌측으로 원편광된 전류의 일부에 해당한다. 그리고 참조번호 4330의 경우에 자기자유층(140)에 인가되는 전류의 형태는 선편광 전류의 일부에 해당한다.
따라서 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 상면 위쪽으로 전환시키는 주파수 및 진폭 조건은 전체적으로 도 7과 유사하다. 즉 참조번호 4310의 경우가 가장 작은 크기의 전류로 자기자유 층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 상면 위쪽으로 전환시킬 수 있고, 참조번호 4320의 경우가 가장 큰 크기의 전류를 인가하여야 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 상면 위쪽으로 전환된다. 그리고 선편광 전류(4330)은 그 중간에 해당되는 전류의 크기로 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 상면 위쪽으로 전환시킬 수 있다.
다만, 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 고유진동수(ω0)가 아니라 이보다 약간 작은 값에서 최소 크기로 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 상면 위쪽으로 전환시킬 수 있는 주파수가 형성된다. 그리고 펄스 형태의 전압이 인가되므로 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환시키기 위해서는 계속적인 형태의 전압이 인가되었을 때보다 좀더 큰 전압이 인가되어야 하므로 그에 따라 더 큰 전류가 인가되어야 전환이 가능하게 된다.
그리고 선택되지 않은 자기기록소자(3520)에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환되지 않기 위해서, 펄스 형태의 선편광 전류(4330)를 인가하였을 경우에 수직자화 방향이 전환되지 않는 조건으로 인가되는 전압의 크기를 조절한다. 즉, 구동전극쌍(150, 151)을 통해 인가되는 전압의 크기를 조절하여 도 8의 참조번호 4310과 4330에 해당하는 곡선의 사이의 크기를 가지는 전류를 자기자유층(140)에 인가한다.
도 9를 참조하면, 도 9의 참조번호 4510으로 표시된 그래프는 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)을 통해 가우시안 밀집도를 갖는 펄스형태의 전압을 인가하되 제2구동전극(151a, 151b)을 통해 인가되는 전압을 반치폭의 절반 시간 동안 늦게 인가하여 시계방향으로 회전하는 전류(4515)를 자기자유층(140)에 인가한 경우이다. 도 9의 참조번호 4520으로 표시된 그래프는 구동전극(150a, 150b, 151a, 151b)을 통해 가우시안 밀집도를 갖는 펄스형태의 전압을 인가하되 제1구동전극(150a, 150b)을 통해 인가되는 전압을 반치폭의 절반 시간 동안 늦게 인가하여 반시계방향으로 회전하는 전류(4525)를 자기자유층(140)에 인가한 경우이다. 그리고 도 9의 참조번호 4530으로 표시된 그래프는 제1구동전극(150a, 150b)만을 통하여 선편광(4535) 가우시안 밀집도를 갖는 펄스형태의 전압을 인가한 경우이다.
도 9에 이용된 자기자유층(140)의 형상은 원형이므로, 참조번호 4510 및 4520에서 인가되는 두 펄스 형태는 동일하도록 평균값과 반치폭을 동일하게 하고 반치폭의 절반 시간 차이를 두고 인가한다. 이와 같이 인가할 때가 가장 원형에 가까워서 전력소모를 최소로 할 수 있고 각 경우의 전류 크기 차이가 명확하기 때문이다. 가우시안 밀집도를 갖는 펄스형태의 전압을 인가한 경우도 도 7 및 도 8과 마찬가지로 시계방향으로 회전하는 전류(4510, 4515)를 인가하는 경우가 가장 작은 크기의 전류로서 자기자유층(140)에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 상면 위쪽으로 전환시킬 수 있다. 결국 가우시안 밀집도를 갖는 펄스형태의 전압을 인가하는 경우에도 상술한 바와 같이 선택된 자기기록소자(3510)에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향만을 전환시키려면, 구동전극쌍(150, 151)을 통해 인가되는 전압의 크기를 조절하여 도 9의 참조번호 4510과 4530에 해당하는 곡선의 사이의 크기를 가지는 전류를 자기자유층(140)에 인가한다.
한편, 선택된 자기기록소자(3510)에 구비된 자기자유층에 선편광 전류를 인가하여도 선택된 자기기록소자(3510)에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기자유층의 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향만을 전환시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 구동전극쌍(150, 151)에 진동수와 위상이 모두 동일한 교류 전압을 인가하거나 구동전극쌍(150, 151)을 통해 동일한 형태의 펄스를 시간 차이를 두지 않고 인가하게 되면, 선택된 자기기록소자(3510)와 선택되지 않은 자기기록소자(3520) 모두에 선편광 전류가 흐르게 된다. 이 경우에도 구동전극쌍(150, 151)에 인가되는 교류 전압의 진동수는 자기소용돌이의 고유진동수와 동일한 것이 바람직하다.
이와 같이 구동전극쌍(150, 151)에 전압을 인가하면, 선택된 자기기록소자(3510)의 경우에는 위상차가 없는 선편광 전류의 합으로 전류가 흐르게 되므로 선택되지 않은 자기기록소자(3520)의 경우보다 큰 전류가 흐르게 된다. 이를 이용하여 선택된 자기기록소자(3510)의 경우에는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환 가능한 크기의 선편광 전류를 흐르게 하고, 선택되지 않은 자기기록소자의 경우에는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향이 전환되지 않는 크기의 선편광 전류를 흐르게 할 수 있다. 도 10에 이러한 조건에 대해서 나타내었다.
도 10은 선편광 전류를 인가하였을 때, 자기자유층(140) 상에서의 위치에 따른 전류밀도의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10의 x축은 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층(140)의 위치를 나타내는 것으로서, 참조번호 3610으로 표시되는 자기막의 직경은 600nm이다. 선택된 자기기록소자(3510)에 구비된 자기자유층에 인가된 선편광 전류의 밀도는 선택되지 않은 자기기록소자(3520)에 구비된 자기자유층에 인가되는 선편광 전류의 밀도보다 크다.
이를 이용하면 인가되는 선편광 전류가 특정 진동수를 가지는 경우, 선택된 자기기록소자(3510)에 구비된 자기자유층에 인가되는 전류의 크기는 도 7의 참조번호 1930, 도 8의 참조번호 4330 및 도 9의 참조번호 4530으로 표시된 전류 인가시 자기소용돌이 중심을 전환시킬 수 있는 전류의 크기와 같거나 크게 한다. 그리고 선택되지 않은 자기기록소자(3520)에 구비된 자기자유층에 인가되는 전류의 크기는 도 7의 참조번호 1930, 도 8의 참조번호 4330 및 도 9의 참조번호 4530으로 표시된 전류로 표시되는 선편광 전류의 인가시 자기소용돌이 중심을 전환시킬 수 있는 전류의 크기보다 작도록 한다.
도 10에 도시된 바와 같이 자기자유층(740)의 중심 부분에서 선택폭이 최소가 되나 그래도 50%의 차이가 존재하므로 이를 이용하면 정보를 기록하고자 하는 자기기록소자(3510)만을 선택하여 기록할 수 있게 된다.
다시 도 5로 돌아가서, 자기기록소자의 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당한다(S3430).
이상에서 자기 랜덤 액세스 메모리에 전류를 인가하여 정보를 기록하고자 하는 자기기록소자만을 선택하여 정보를 기록하는 방법에 대해서 도시하고 설명하였 으나, 자기장을 인가하는 경우도 유사하다. 다만 이 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 자기 랜덤 액세스 메모리를 구성하는 자기기록소자에 구비된 구동전극이 자기자유층과 오믹 콘택하는 것이 아니라 자기자유층의 상부 및/또는 하부에 교차 형성된 구동전극(450, 451)이 이용되고, 바람직하게는 2개의 전극이 90°각도로 교차 배치된다. 이와 같이 구성된 구동전극(450, 451)을 통해 자기장을 인가하여 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시킬 수 있다. 그리고 선택되지 않은 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 자기장이 인가되기 전의 상태와 동일하게 유지시킬 수 있다.
2개의 구동전극(450, 451)에 소정의 위상 차이를 가지며, 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류 전류를 인가하여, 자기자유층에 타원편광된 자기장을 인가할 수 있다. 특히, 2개의 구동전극(450, 451)에 90°의 위상 차이를 가지며, 진폭과 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류전류를 인가하면, 자기자유층에 원편광 자기장이 인가된다. 그리고, 2개의 구동전극(450, 451)에 위상 차이가 없고, 진동수가 동일한 교류전류를 인가하게 되면, 자기자유층에 선편광 자기장이 인가된다.
한편, 이와 같이 계속적인 자기장을 인가하는 것이 아니라, 펄스 형태의 자기장을 인가하여 유사한 효과를 얻을 수 있다. 이를 위해 2개의 구동전극(450, 451)에 소정의 위상 차이를 가지며, 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류 전류를 인가할 수 있다. 이때의 2개의 구동전극(450, 451)을 통해 인가되는 사인파형 또는 코사인파형의 교류 전류는 1/4주기 시간 차이를 두고 인가됨이 바람직하다. 이와 같이 인가하여야 자기자유층에 인가되는 전압이 원편광 자기장의 일부 형태가 되기 때문이다.
그리고 2개의 구동전극(450, 451)을 통해 2개의 펄스 형태의 전류를 소정의 시간 차이를 가지고 인가할 수 있다. 다만, 펄스 형태의 자기장을 자기자유층에 인가하기 위해서는 2개의 펄스 형태의 전류를 적어도 일정 시간 동안은 함께 인가되도록 해야 한다. 이때 인가되는 전류는 가우시안 밀집도를 갖는 펄스 형태의 전류일 수 있다. 그리고 2개의 구동전극(450, 451)을 통해 인가되는 가우시안 밀집도를 갖는 펄스 형태의 전류는 평균값과 반치폭이 동일하고, 반치폭의 절반 시간 차이를 두고 인가한다. 이와 같이 인가하는 경우에 자기자유층에 인가되는 전압의 시간에 대한 크기와 방향 궤적이 원형에 가깝게 된다.
이와 같은 선편광 자기장, 원편광 자기장을 인가할 때의 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환시키는 주파수 및 진폭 조건을 나타내는 도면은 상술한 도 7과 유사하게 나타난다. 그리고 펄스 형태의 자기장을 인가할 때의 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 전환시키는 조건을 나타내는 도면은 상술한 도 8 및 도 9와 유사하게 나타난다. 따라서 이를 이용해 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지시킬 수 있다.
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 이용되는 자기 랜덤 액세스 메모리의 바람직한 일 실시예를 개략적으로 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 이용되는 자기 랜덤 액세스 메모리의 바람직한 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법에 있어서, 선택된 자기기록소자와 선택되지 않은 자기기록소자를 나타내는 도면이다.
도 7은 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 위쪽으로 전환시키기 위한 진동수 및 진폭 조건을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 자기자유층에 펄스 형태의 전류를 인가하였을 때 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 상면 아래쪽에서 위쪽으로 전환시키기 위한 조건을 나타내는 도면이다.
도 10은 선편광 전류를 인가하였을 때, 자기막 상에서의 위치에 따른 전류밀 도의 변화를 나타내는 도면이다.

Claims (24)

  1. 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층 및 상기 자기자유층과 오믹 콘택되도록 배치되어 있는 복수의 구동전극쌍을 구비한 자기기록소자가 행 및 열로 정렬되고, 상기 각각의 자기기록소자는 인접한 자기기록소자와 상기 구동전극쌍을 공유하여 어레이를 이루고 있는 자기 랜덤 액세스 메모리를 준비하는 단계;
    정보를 기록하고자 선택된 자기기록소자에 구비된 복수의 구동전극쌍에 소정의 전압을 인가하여, 상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계; 및
    상기 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성되어 있는 자기소용돌이의 고유진동수가 상기 모든 자기기록소자에서 동일한 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자기기록소자에 구비된 복수의 구동전극쌍은,
    2개의 구동전극쌍으로 이루어지고, 상기 2개의 구동전극쌍을 이루는 4개의 구동전극은 인접한 자기기록소자의 방향으로 길게 뻗은 판 형상으로 상기 자기기록소자에 구비된 자기자유층의 둘레 방향을 따라 90°의 간격으로 배치되며, 서로 마주보고 있는 2개의 구동전극이 각 하나의 구동전극쌍을 이루는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍에 소정의 위상 차이를 가지며 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자 기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍에 90°의 위상 차이를 가지며, 진폭과 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍에 진동수 및 위상이 동일한 교류 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍에 인가되는 전압의 진동수는 상기 자기기록소자의 자기자유층에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수와 동일한 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍을 통해 소정의 위상 차이를 가지며 진동수가 동일한 사인펄스 또는 코사인펄스 형태의 전압을 2개 인가하되, 상기 2개의 펄스 형태의 전압이 적어도 일정 시간 동안 함께 인가되는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍을 통해 인가되는 사인펄스 또는 코사인펄스 형태의 전압은 1/4주기 시간 차이를 두고 인가되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍을 통해 2개의 펄스 형태의 전압을 소정의 시간 차이를 가지고 인가하되, 상기 2개의 펄스 형태의 전압이 적어도 일정 시간 동안 함께 인가되는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍을 통해 인가되는 펄스 형태는 가우시안 밀집도를 가지는 펄스 형태인 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극쌍을 통해 인가되는 가우시안 밀집도를 가지는 펄스 형태의 전압은 평균값과 반치폭(full width at half maximum)이 동일하고,
    반치폭의 절반 시간 차이를 두고 인가되는 것을 특징으로 하는 자기기록소자의 정보기록방법.
  13. 자기소용돌이가 형성되어 있는 자기자유층 및 상기 자기자유층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 서로 교차 형성된 복수의 구동전극을 구비한 자기기록소자가 행 및 열로 정렬되고, 상기 각각의 자기기록소자는 인접한 자기기록소자와 상기 구동전극을 공유하여 어레이를 이루고 있는 자기 랜덤 액세스 메모리를 준비하는 단계;
    정보를 기록하고자 선택된 자기기록소자에 구비된 복수의 구동전극에 소정의 전류를 인가하여, 상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향을 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계; 및
    상기 모든 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향에 따라 "0" 또는 "1"을 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수가 상기 모든 자기기록소자에서 동일한 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 자기기록소자에 구비된 복수의 구동전극은,
    길게 뻗은 판 형상으로 상기 자기기록소자에 구비된 자기자유층의 상부에 90°의 각도로 서로 교차되게 2개 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극에 소정의 위상 차이를 가지며, 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극에 90°의 위상 차이를 가지며, 진폭과 진동수가 동일한 사인파형 또는 코사인파형의 교류 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극에 진동수와 위상이 동일한 교류 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자의 2개의 구동전극에 인가되는 전류의 진동수는 상기 자기기록소자의 자기자유층에 형성된 자기소용돌이의 고유진동수와 동일한 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극을 통해 소정의 위상 차이를 가지며 진동수가 동일한 사인펄스 또는 코사인펄스 형태의 전류를 2개 인가하 되, 상기 2개의 펄스 형태의 전류가 적어도 일정 시간 동안 함께 인가되는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극을 통해 인가되는 사인펄스 또는 코사인펄스 형태의 전류는 1/4주기 시간 차이를 두고 인가되는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 원하는 방향으로 형성시키고 나머지 자기기록소자에 구비된 자기자유층에 형성된 자기소용돌이 중심의 수직자화 방향은 일정하게 유지하는 단계는,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극을 통해 2개의 펄스 형태의 전류를 소정의 시간 차이를 가지고 인가하되, 상기 2개의 펄스 형태의 전류가 적어도 일정 시간 동안 함께 인가되는 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극을 통해 인가되는 펄스 형태는 가우시안 밀집도를 가지는 펄스 형태인 것을 특징으로 하는 자기 랜덤 액세스 메모리의 정보기록방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 선택된 자기기록소자에 구비된 2개의 구동전극을 통해 인가되는 가우시안 밀집도를 가지는 펄스 형태의 전류는 평균값과 반치폭(full width at half maximum)이 동일하고,
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