KR101048351B1 - How Magnetic Memory Works - Google Patents
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Abstract
본 발명은 행 및 열로 배열된 복수의 자화반전소자와, 복수의 자화반전소자의 하부에 형성되어 열 방향으로 배열된 자화반전소자를 연결시키는 비트라인과, 복수의 자화반전소자의 상부에 형성되어 행 방향으로 배열된 자화반전소자를 연결시키는 비트라인을 구비하는 자성 메모리를 구동할 때, 문제점이 발생하지 않게 하는 자성 메모리의 동작방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 정보의 기록은 비트라인과 워드라인을 통해 자화반전소자에 전류를 인가하여 스핀 전달 토크(Spin-Transfer Torque, STT) 현상에 의한 전자 주입으로 자화반전소자의 자화를 반전시킴으로써 이루어진다. 그리고 정보의 소거는 자화반전소자의 외부에서 인가되는 자장에 의해 자화반전소자의 자화를 반전시킴으로써 이루어진다.According to the present invention, a plurality of magnetization inverting elements arranged in rows and columns, a bit line connecting lower portions of the magnetization inversion elements formed in the column direction and arranged in a column direction, are formed on the plurality of magnetization inversion elements. The present invention relates to a method of operating a magnetic memory in which a problem does not occur when driving a magnetic memory having bit lines connecting the magnetizing inverting elements arranged in a row direction. The recording of information according to the present invention is performed by applying a current to the magnetizing inverting element through the bit line and the word line and inverting the magnetization of the magnetizing inverting element by electron injection by a spin-transfer torque (STT) phenomenon. The information is erased by inverting the magnetization of the magnetization inversion element by a magnetic field applied from the outside of the magnetization inversion element.
Description
본 발명은 자성 메모리의 동작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위칭 소자로 다이오드를 이용하는 자성 메모리의 동장방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of operating a magnetic memory, and more particularly, to a method of driving a magnetic memory using a diode as a switching element.
플래시 메모리는 셀 크기가 감소함에 따라 인접한 셀 간의 간섭(interference)에 의한 커플링 비(coupling ratio)의 감소 등에 기인하는 셀 특성 열화, 플로팅 게이트 내 전자 수 감소 등으로 인한 셀 실뢰성 열화 등이 문제되고 있다. 특히, 플로팅 게이트 사이의 간격이 줄어듦에 따른 ONO(oxide-nitride-oxide) 및 컨트롤 게이트 물질이 플로팅 게이트를 충분히 커버하지 못하는 문제 등으로 인해, 20 nm 이하에서는 SONOS 또는 TANOS 구조로의 변환을 도모하고 있는 실정이다.Flash memory has problems such as deterioration of cell characteristics due to reduction in coupling ratio due to interference between adjacent cells as cell size decreases, and cell reliability deterioration due to decrease of the number of electrons in the floating gate. It is becoming. In particular, due to the problem that the oxide-nitride-oxide (ONO) and the control gate material do not sufficiently cover the floating gate as the gap between the floating gates decreases, the conversion to the SONOS or TANOS structure is promoted below 20 nm. There is a situation.
그러나 SONOS와 TANOS와 같은 질화물 트랩핑 메모리(nitride trapping memory)는 현재 리텐션(retention) 등 신뢰성 열화 문제가 심각해 다양한 공정 및 재료의 개선에 관한 연구가 진행되고 있다. 그리고 질화물 트랩핑 메모리는 기본적으로 스토리지 사이트(storage site)가 포함된 MOS 트랜지스터 구조로 되어 있어, 셀 크기가 감소됨에 따라서 MOS 트랜지스터 특성 열화 등이 우려된다.However, nitride trapping memory, such as SONOS and TANOS, is currently undergoing research on improving various processes and materials due to serious problems of reliability deterioration such as retention. In addition, since the nitride trapping memory has a MOS transistor structure including a storage site, the MOS transistor characteristics deteriorate as the cell size decreases.
이와 같은 플래시 메모리의 스케일링(scaling) 문제를 개선하기 위한 다양한 구조가 제시되고 있는데, MTJ(magnetic tunneling junction)와 같은 자화반전소자를 이용한 자성 메모리도 그 중 하나이다. 이와 더불어 스위칭 소자로 MOS 트랜지스터 대신 다이오드를 이용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.Various structures for improving the scaling problem of flash memory have been proposed. Among them, a magnetic memory using a magnetization inversion device such as a magnetic tunneling junction (MTJ) is one of them. In addition, research is being actively conducted to use diodes instead of MOS transistors as switching devices.
그러나 스핀 전달 토크(Spin-Transfer Torque, STT) 현상을 이용하여 정보를 기록하고 소거하기 위해서는 양방향 전류 구동이 필요하다. 그런데, 다이오드를 스위칭 소자로 이용하게 되면, 양방향 전류 구동을 할 수 없는 제약이 있어서, 스핀 전달 토크 현상을 이용한 자화반전소자와 다이오드 스위칭 소자가 구비된 자성 메모리는 구동에 있어서 문제가 되고 있다.However, bidirectional current driving is required to record and erase information using the spin-transfer torque (STT) phenomenon. However, when a diode is used as a switching element, there is a limitation that bidirectional current driving cannot be performed. Therefore, a magnetic memory including a magnetization inversion element and a diode switching element using a spin transfer torque phenomenon is a problem in driving.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스위칭 소자로 다이오드를 이용하는 경우에도 구동에 문제점이 없는 자성 메모리의 동작방법을 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of operating a magnetic memory having no problem in driving even when using a diode as a switching device.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 자성 메모리의 동작방법은 행 및 열로 배열된 복수의 자화반전소자와, 상기 복수의 자화반전소자의 하부에 형성되어 열 방향으로 배열된 자화반전소자를 연결시키는 비트라인과, 상기 복수의 자화반전소자의 상부에 형성되어 행 방향으로 배열된 자화반전소자를 연결시키는 비트라인을 구비하는 자성 메모리의 동작방법으로, 정보의 기록은 상기 비트라인과 워드라인을 통해 상기 자화반전소자에 전류를 인가하여 스핀 전달 토크(Spin-Transfer Torque, STT) 현상에 의한 전자 주입으로 상기 자화반전소자의 자화를 반전시킴으로써 이루어지고, 정보의 소거는 상기 자화반전소자의 외부에서 인가되는 자장에 의해 상기 자화반전소자의 자화를 반전시킴으로써 이루어진다.In order to solve the above technical problem, a method of operating a magnetic memory according to the present invention includes a plurality of magnetization inversion elements arranged in rows and columns, and a magnetization inversion element formed under the plurality of magnetization inversion elements and arranged in a column direction. And a bit line connecting the magnetization inversion elements arranged on the plurality of magnetization inversion elements and arranged in a row direction, wherein the recording of information is performed on the bit line and the word. A current is applied to the magnetization inversion element through a line to invert the magnetization of the magnetization inversion element by electron injection by a spin-transfer torque (STT) phenomenon, and information is erased. The magnetization of the magnetization inversion element is inverted by a magnetic field applied from the outside.
본 발명에 따르면, 정보의 기록은 STT 현상에 의한 전자 주입 방식으로 이루어지고, 정보의 소거는 외부 자장을 인가하는 방식으로 이루어짐으로써, 다이오드를 스위칭 소자로 이용하는 경우에도 구동에 문제점이 없게 된다. 또한, 정보의 소거는 페이지 단위로 이루어질 수 있어, 블록 단위로 이루어지는 플래시 메모리에 비해 효율이 우수하다. 결국 종래의 플래시 메모리를 대체하면서, 스케일링시 발생 하는 문제점을 해결할 수 있게 된다.According to the present invention, recording of information is performed by electron injection by the STT phenomenon, and erasing of information is performed by applying an external magnetic field, so that there is no problem in driving even when a diode is used as the switching element. In addition, erasing of information may be performed in units of pages, and thus, efficiency is higher than that of a flash memory in units of blocks. As a result, while replacing the conventional flash memory, it is possible to solve the problem that occurs during scaling.
본 발명은 자성 메모리의 동작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of operating a magnetic memory.
본 발명에 이용되는 자성 메모리는 행 및 열로 배열된 복수의 자화반전소자와, 복수의 자화반전소자의 하부에 형성되어 열 방향으로 배열된 자화반전소자를 연결시키는 비트라인과, 복수의 자화반전소자의 상부에 형성되어 행 방향으로 배열된 자화반전소자를 연결시키는 비트라인을 구비한다.The magnetic memory used in the present invention includes a plurality of magnet inverting elements arranged in rows and columns, a bit line which is formed under the plurality of magnetizing inversion elements and arranged in a column direction, and a plurality of magnetizing inversion elements. And a bit line formed at an upper portion of the connecting portion to connect the magnetization inversion elements arranged in the row direction.
이러한 자성 메모리에 정보를 기록하는 방법은 비트라인과 워드라인을 통해 자화반전소자에 전류를 인가하여 스핀 전달 토크(Spin-Transfer Torque, STT) 현상에 의한 전자 주입으로 자화반전소자의 자화를 반전시킴으로써 자화반전소자 단위로 이루어진다. 그리고 정보를 소거하는 방법은 자화반전소자의 외부에서 인가되는 자장에 의해 자화반전소자의 자화를 반전시킴으로써 동일한 행에 배열되어 있는 자화반전소자로 이루어진 페이지 단위로 이루어진다.Such a method of writing information to the magnetic memory includes applying a current to the magnetization inversion element through a bit line and a word line to invert the magnetization of the magnetization inversion element by electron injection by a spin-transfer torque (STT) phenomenon. It consists of a unit of magneto-inverting element. In addition, the method of erasing information comprises a page unit of magnetization inversion elements arranged in the same row by inverting magnetization of the magnetization inversion element by a magnetic field applied from the outside of the magnetization inversion element.
자성 메모리는 자화반전소자와 비트라인 사이에는 스위칭 소자를 더 구비할 수 있으며, 이 스위칭 소자는 다이오드일 수 있다. 다이오드는 P-N 다이오드이거나 쇼트키 다이오드일 수 있으며, 워드라인에서 비트방향이 순방향이 되도록 형성될 수 있다. 다이오드가 P-N 다이오드인 경우, 비트라인은 활성 N+ 영역으로 형성될 수 있다.The magnetic memory may further include a switching element between the magnetization inversion element and the bit line, and the switching element may be a diode. The diode may be a P-N diode or a Schottky diode, and may be formed such that the bit direction is forward in the word line. If the diode is a P-N diode, the bit line may be formed as an active N + region.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자성 메모리의 동작방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되 는 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. Hereinafter, exemplary embodiments of a method of operating a magnetic memory according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided for complete information.
도 1은 본 발명에 이용되는 자성 메모리의 셀의 구조를 나타낸 도면으로서, 초기 상태를 나타낸 도면이고 이를 기호화하여 도 2에 나타내었다. 그리고 도 3은 본 발명에 이용되는 자성 메모리 셀의 구조를 나타낸 도면으로서, 프로그램 상태를 나타낸 도면이고, 이를 기호화하여 도 4에 나타내었다.FIG. 1 is a diagram showing the structure of a cell of a magnetic memory used in the present invention, showing an initial state and symbolizing the cell. 3 is a diagram showing the structure of a magnetic memory cell used in the present invention, showing a program state, and symbolizing it is shown in FIG.
도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 이용되는 자성 메모리 셀은 P-N 다이오드 소자의 P형 불순물 영역(120)의 상부에 MTJ(magnetic tunneling junction)(140)로 이루어진 자화반전소자를 적층한 구조이다.As shown in Figs. 1 and 3, the magnetic memory cell used in the present invention is a magnetization inversion element composed of a magnetic tunneling junction (MTJ) 140 formed on top of a P-
보다 상세하게 살펴보면, 본 발명에 이용되는 자성 메모리 셀은 활성 N+ 영역(110)의 라인 위에 P형 불순물 영역(120)을 도핑하여 P-N 다이오드를 형성한다. 활성 N+ 영역(110)은 비트라인이 된다. 그리고 P형 불순물 영역(120) 상에 배리어 도전층(130)이 형성되고, 배리어 도전층(130) 상에 고정층(141), 절연층(142) 및 자유층(143)이 순차적으로 적층되어 이루어진 MTJ(140)가 형성된다. 그리고 MTJ(140) 상에 워드라인(150)이 형성된다.In more detail, the magnetic memory cell used in the present invention forms a P-N diode by doping the P-
고정층(141)과 자유층(143)은 퍼멀로이와 같은 강자성체로 이루어지며, 절연층(142)은 AlO, MgO와 같은 절연체로 이루어진다. 고정층(141)과 자유층(143)에는 각각의 상면과 평행한 방향의 수평 자화가 형성되어 있을 수 있다. 자유층(143)은 임계 전류 밀도 이상의 전류가 인가되거나 임계 자장 이상의 외부 자기장이 인가되 는 경우 자화가 반전되는 층으로, MTJ(140)는 자유층(143)의 자화방향에 의해 정보를 저장한다. 고정층(141)은 자유층(143)의 자화방향을 판독하기 위해 기준 자화를 제공하는 층으로, 자유층(143)의 자화가 반전되는 임계 전류 밀도 정도의 전류나 임계 자장 정도의 외부 자기장이 인가되더라도 자화가 반전되지 않도록 형성된다.The
자유층(143)의 자화방향이 도 1에 도시된 바와 같이, 고정층(141)의 자화방향과 반대 방향인 경우가 초기 상태로서, 자유층(143)과 고정층(141)의 자화방향이 반대방향이므로 상대적으로 큰 자기저항 값을 갖게 된다. 이러한 초기 상태의 자성 메모리 셀을 프로그램하기 위해서는 자유층(143)의 자화방향을 반전시켜야 한다. 초기 상태에서 자유층(143)의 자화방향을 반전시키면, 도 3에 도시된 바와 같이 자유층(143)과 고정층(141)의 자화방향이 동일하게 되어 상대적으로 작은 자기저항 값을 갖게 된다. 자유층(143)과 고정층(141)의 자화방향이 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 방향으로 형성된 상태를 "프로그램 상태"라 한다. 프로그램 상태에서 자유층(143)의 자화방향을 반전시켜 자유층(143)과 고정층(141)의 자화방향이 도 1에 도시된 바와 같이 반대방향으로 형성된 상태를 "소거 상태"라 한다.As shown in FIG. 1, the magnetization direction of the
도 1에 도시된 자성 메모리 셀이 행 및 열로 어레이되어 자성 메모리가 형성되며, 자성 메모리의 초기 상태를 도 5에 나타내었다. 도 5는 자성 메모리 셀이 8×8 행렬로 어레이되어 있는 예를 나타낸 것으로서, 다른 형태로 어레이되어 있는 경우에도 본 발명이 적용됨은 물론이다. 도 5에서 비트라인은 BL로 나타내었으며, 워드라인은 WL로 나타내었다. 그리고 각각의 비트라인은 왼쪽에서부터 차례대로 BL1, BL2, …, BL8로 나타내었으며, 각각의 워드라인은 위에서부터 차례대로 WL1, WL2, …, WL8로 나타내었다. 그리고 비트라인이 활성 N+ 영역으로 형성되므로 비트라인에는 N+ 저항이 존재하게 되는데, 이를 도 5의 참조번호 510으로 나타내었다.The magnetic memory cells shown in FIG. 1 are arranged in rows and columns to form a magnetic memory, and FIG. 5 shows an initial state of the magnetic memory. FIG. 5 shows an example in which magnetic memory cells are arranged in an 8 × 8 matrix, and the present invention is applied to the case where the magnetic memory cells are arranged in other forms. In FIG. 5, the bit line is represented by BL and the word line is represented by WL. And each bit line is BL1, BL2,… in order from the left. , BL8, and each word line is sequentially selected from WL1, WL2,... , WL8. In addition, since the bit line is formed as an active N + region, there is an N + resistance in the bit line, which is indicated by
정보의 기록Record of information
본 발명에서 자성 메모리에 정보를 기록하는 방법은 STT 현상에 의한 전자 주입으로 자화반전소자의 자화를 반전시킴으로써 이루어진다. 일 예로, 도 5의 520으로 표시된 자성 메모리 셀에 정보를 기록하는 방법을 도 6에 나타내었다. 도 5의 520으로 표시된 자성 메모리 셀에 정보를 기록하면, 도 5의 520으로 표시된 자성 메모리 셀은 도 6의 620으로 표시된 자성 메모리 셀과 같이 프로그램 상태가 된다. 설명의 편의상 도 6의 620으로 표시된 자성 메모리 셀을 '선택된 셀'이라고 한다.In the present invention, a method of recording information in the magnetic memory is achieved by inverting the magnetization of the magnetization inversion element by electron injection by the STT phenomenon. As an example, a method of writing information to the magnetic memory cell indicated by 520 of FIG. 5 is illustrated in FIG. 6. When information is written to the magnetic memory cell indicated by 520 of FIG. 5, the magnetic memory cell indicated by 520 of FIG. 5 is in a program state like the magnetic memory cell indicated by 620 of FIG. 6. For convenience of description, the
도 6에 도시된 바와 같이, 선택된 셀(620)을 프로그램 상태가 되도록 하기 위해서, 선택된 셀(620)과 연결된 워드라인(WL2)에 제1기록전압(VP ,1)을 인가하고, 선택된 셀(620)과 연결된 비트라인(BL2)의 일단에는 제2기록전압(VP ,2)을 인가한다. 이때 VP ,1은 VP ,2보다 크게 되도록 설정하여, 도 6의 화살표 방향과 같이 선택된 셀(620)에 전류가 흐르도록 한다. 선택된 셀(620)에 화살표 방향과 같이 전류가 WL2로부터 BL2로 흐르면, STT 현상에 의한 전자 주입되어 선택된 셀(620)의 자유층의 자화가 반전되어 정보가 기록된다.As shown in FIG. 6, in order to put the selected
그리고 선택된 셀(620)과 연결되지 않은 비트라인(BL1, BL3, BL4, …, BL8)에는 제3기록전압(VP ,3)을 인가한다. 이때 VP ,3은 VP ,1보다 크게 되도록 설정한다. VP ,3 이 VP ,1보다 크게 되면, 전류는 비트라인(BL1, BL3, BL4, …, BL8)으로부터 워드라인(WL2)으로 흐를 수 있으나, 각 자성 메모리 셀에는 다이오드가 워드라인으로부터 비트라인 방향이 순방향이 되도록 형성되어 있어, 비트라인으로부터 워드라인으로는 전류가 흐를 수 없게 된다. 따라서 선택된 셀(620)과 연결되지 않은 비트라인(BL1, BL3, BL4, …, BL8)에는 VP ,1보다 큰 VP ,3을 인가하면, 선택된 셀(620)이 아닌 나머지 셀에는 전류가 흐르지 않게 되어 정보가 기록되지 않게 된다.A third write voltage V P , 3 is applied to the bit lines BL1, BL3, BL4,..., BL8 that are not connected to the selected
그리고 선택된 셀(620)과 연결되지 않은 워드라인(WL1, WL3, WL4, …, WL8)에는 전압을 인가하지 않아, 나머지 셀에 전류가 흐르지 않게 한다.In addition, no voltage is applied to the word lines WL1, WL3, WL4,..., And WL8 not connected to the selected
본 실시예에서는 비트라인이 활성 N+ 영역으로 구성되므로, 상술한 바와 같이 N+ 저항(510)이 존재한다. 따라서 효율을 우수하게 하기 위해, N+ 저항(510)이 작은 쪽으로 전류가 흐르도록 함이 바람직하다. 이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 선택된 셀(620)과 비트라인(BL2) 사이의 N+ 저항이 작은 일단에는 VP ,1보다 작은 VP,2을 인가하고, 선택된 셀(620)과 비트라인(BL2) 사이의 N+ 저항이 작은 큰 일단에는 VP ,1보다 큰 제4기록전압(VP ,4)을 인가한다. VP ,4가 VP ,1보다 크므로, 워드라인(WL2)으로부터 선택된 셀(620)에 흐르는 전류는 VP ,4가 인가된 쪽으로는 흐르지 않고, VP ,2가 인가된 쪽으로만 전류가 흐르게 되므로, 전류의 낭비가 없게 되어 효율이 우수하게 된다.In the present embodiment, since the bit line is configured as an active N + region, the N +
상술한 과정을 통해 정보를 기록하는 모식도를 도 7에 나타내었다.A schematic diagram of recording information through the above-described process is shown in FIG. 7.
도 7에 도시된 바와 같이, 정보를 기록하기 전에는 두 개의 셀 각각에 구비된 자유층(143a, 143b)의 자화방향은 고정층(141)과 반대방향이다. 초기 상태에서, 왼쪽 셀에만 정보를 기록하여 프로그램 상태로 변경하는 방법을 도 7에 나타내었다. 즉, 비트라인(110)에는 제2기록전압(VP ,2)을 인가하고, 왼쪽 셀과 연결된 워드라인(150a)에는 제2기록전압보다 큰 제1기록전압(VP ,1)을 인가하고 오른쪽 셀과 연결된 워드라인(150b)에는 전압을 인가하지 않게 되면, 오른쪽 셀에는 전류가 흐르지 않고 왼쪽 셀만 워드라인(150a)으로부터 비트라인(110) 방향으로 전류가 흐르게 된다. 워드라인(150a)으로부터 비트라인(110) 방향으로 흐르는 전류를 통해 STT 현상에 의한 전자 주입을 통해 왼쪽 셀에 존재하는 자유층(143a)의 자화방향만을 반전시켜 고정층(141)과 동일한 방향이 되도록 할 수 있게 된다. 이와 같이 비트라인(110)과 워드라인(150a, 150b)에 전압을 인가하면, 원하는 셀에만 정보를 기록하여 초기 상태에서 프로그램 상태로 변경할 수 있다.As shown in FIG. 7, before recording information, the magnetization directions of the
정보의 소거Erasure of information
프로그램 상태에서 정보를 소거하여 소거 상태로 변경하는 방법을 도 8 내지 도 10에 나타내었다. 우선, 초기 상태에서 프로그램 상태로 변경하는 방법은 상술한 정보기록방법에 의하여 이루어진다. 이때 정보의 기록은 각 셀 별로 이루어질 수 있으며, 이를 통해 프로그램 상태로 변경된 자성 메모리의 회로도를 도 8에 나타내었다. 정보의 기록은 STT 현상에 의한 전자 주입방법을 통해 이루어졌으나, 각 셀에 구비된 다이오드에 의해 비트라인으로부터 워드라인으로는 전류가 흐를 수 없 으므로, 정보의 소거는 STT 현상에 의한 전자 주입방법을 통해 이루어질 수는 없다. 따라서 본 발명에서는 정보의 소거는 외부 자장을 인가하여 자유층(143)의 자화를 반전시키는 방법으로 이루어진다. 외부 자장을 인가하여 정보를 소거할 때는, 동일한 행에 배열되어 있는 셀로 이루어진 페이지 단위로 이루어질 수 있다. 즉 워드라인을 공유하는 셀에 구비되어 있는 모든 자화반전소자의 정보를 한꺼번에 소거하는 것이다. 8 to 10 illustrate a method of erasing information in a program state and changing the state to an erase state. First, the method of changing from the initial state to the program state is made by the above-described information recording method. At this time, the recording of information may be performed for each cell, and thus a circuit diagram of the magnetic memory changed to a program state is shown in FIG. 8. Although the recording of information was performed by electron injection method by STT phenomenon, since current cannot flow from bit line to word line by diodes provided in each cell, erasure of information uses electron injection method by STT phenomenon. It cannot be done through. Therefore, in the present invention, erasing of information is performed by applying an external magnetic field to reverse magnetization of the
일 예로, 도 8의 810으로 표시된 두 개의 페이지에 기록된 정보를 소거하는 방법을 도 9에 나타내었다. 도 8의 810으로 표시된 페이지에 기록된 정보를 소거하면, 도 8의 810으로 표시된 페이지는 도 9의 820으로 페이지와 같이 소거 상태가 된다. 설명의 편의상 도 9의 820으로 표시된 두 개의 페이지를 '선택된 페이지'이라고 한다.As an example, a method of erasing information recorded on two pages indicated by 810 of FIG. 8 is illustrated in FIG. 9. When the information recorded on the page indicated by 810 of FIG. 8 is erased, the page indicated by 810 of FIG. 8 is erased as shown by the
도 9에 도시된 바와 같이, 선택된 페이지(820)를 소거 상태가 되도록 하기 위해서, 선택된 페이지(820)와 연결된 워드라인(WL2, WL3)에 제1소거전압(VE ,1)을 인가하고, 모든 비트라인(BL1, BL2, …, BL8)에 제2소거전압(VE ,2)을 인가한다. 이때 VE ,1은 VE ,2보다 작게 되도록 설정한다. VE ,1은 VE ,2보다 작으므로, 비트라인(BL1, BL2, …, BL8)으로부터 워드라인(WL2, WL3)으로 전류가 흐를 수 있으나, 상술한 바와 같이 각 자성 메모리 셀에 구비된 다이오드가 워드라인으로부터 비트라인 방향이 순방향이 되도록 형성되어 있으므로, 비트라인으로부터 워드라인으로는 전류가 흐를 수 없게 된다. 따라서 상술한 바와 같이 전압을 인가하면, 도 9의 화살표로 나타낸 바와 같이, 선택된 페이지(820)와 연결된 워드라인(WL2, WL3)을 따라서 전류가 흐르게 된다. 워드라인(WL2, WL3)을 따라 흐르는 전류는 자기장을 발생시키고 이 자기장으로부터 워드라인(WL2, WL3)과 연결된 페이지(820)에 구비된 자유층은 모두 고정층의 자화방향과 동일한 방향으로 자화를 반전시킬 수 있게 된다. 이러한 방법으로 정보를 페이지 단위로 소거할 수 있고, 필요에 따라서는 전체 블록단위로도 정보를 소거할 수 있게 된다.As shown in FIG. 9, in order to put the selected
그리고 선택된 페이지(820)와 연결되지 않은 워드라인(WL1, WL4, WL5, …, WL8)에는 전압을 인가하지 않아 선택된 페이지(820) 이외의 자성 메모리 셀에 구비된 자유층의 자화는 반전되지 않도록 한다.The voltages are not applied to the word lines WL1, WL4, WL5,..., And WL8 not connected to the selected
상술한 과정을 통해 정보를 소거하는 모식도를 도 10에 나타내었다.A schematic diagram of erasing information through the above-described process is shown in FIG. 10.
도 10의 위쪽 도면은 프로그램 상태를 나타낸 것이고, 아래쪽 도면은 프로그램 상태에서 자화를 반전시켜 소거 상태를 나타낸 것이다. 프로그램 상태는 위쪽 도면에 나타낸 바와 같이, 두 개의 셀 각각에 구비된 자유층(143c, 143d)의 자화방향이 고정층(141)과 동일하다. 프로그램 상태에서, 왼쪽 페이지에 기록된 정보만을 소거하는 방법을 도 7에 나타낸 것이다. 즉, 비트라인(110)에는 제2소거전압(VE ,2)을 인가하고, 왼쪽 셀과 연결된 워드라인(150c)에는 제2소거전압보다 작은 제1소거전압(VE ,1)을 인가하고 오른쪽 셀과 연결된 워드라인(150b)에는 전압을 인가하지 않게 되면, 오른쪽 페이지에는 아무런 전류가 흐르지 않으나, 왼쪽 페이지와 연결된 워드라인(150c)에는 전류가 흐르게 된다. 이 워드라인(150c)에 흐르는 전류로부터 점선으로 표시된 자기장이 유도되고, 유도된 외부 자기장에 의해 왼쪽 페이지에 구비된 자유층(143c)의 자화방향만이 반전되어 고정층(141)과 반대방향이 된다. 이와 같이 비트라인(110)과 워드라인(150c, 150d)에 전압을 인가하면, 원하는 페이지의 정보만을 소거하여 프로그램 상태에서 소거 상태로 변경할 수 있게 된다.The upper figure of FIG. 10 shows a program state, and the lower figure shows an erase state by inverting magnetization in the program state. As shown in the upper figure, the magnetization direction of the
이와 같은 방법으로 정보를 기록하고 소거하면, 정보의 기록은 STT 현상에 의한 전자 주입 방식으로 이루어지고, 정보의 소거는 외부 자장을 인가하는 방식으로 이루어짐으로써, 다이오드를 스위칭 소자로 이용하는 경우에도 구동에 문제점이 없게 된다. 또한, 정보의 소거는 페이지 단위로 이루어질 수 있어, 블록 단위로 이루어지는 플래시 메모리에 비해 효율이 우수하다. 결국 종래의 플래시 메모리를 대체하면서, 스케일링시 발생하는 문제점을 해결할 수 있게 된다.When information is recorded and erased in this manner, the recording of the information is performed by electron injection by the STT phenomenon, and the erasing of information is performed by applying an external magnetic field. There will be no problem. In addition, erasing of information may be performed in units of pages, and thus, efficiency is higher than that of a flash memory in units of blocks. As a result, while replacing the conventional flash memory, it is possible to solve the problem that occurs during scaling.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 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.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
도 1은 본 발명에 이용되는 자성 메모리의 셀의 구조를 나타낸 도면으로서, 초기 상태를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a structure of a cell of a magnetic memory used in the present invention, showing an initial state.
도 2는 자성 메모리 셀의 초기 상태를 기호화한 도면이다.2 is a diagram illustrating an initial state of a magnetic memory cell.
도 3은 본 발명에 이용되는 자성 메모리 셀의 구조를 나타낸 도면으로서, 프로그램 상태를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the structure of a magnetic memory cell used in the present invention, showing a program state.
도 4는 자성 메모리 셀의 프로그램 상태를 기호화한 도면이다.4 is a diagram illustrating a program state of a magnetic memory cell.
도 5는 본 발명에 이용되는 자성 메모리의 초기 상태를 나타내는 회로도이다.5 is a circuit diagram showing an initial state of a magnetic memory used in the present invention.
도 6은 본 발명에 따라 정보를 기록하기 위해 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a voltage applied to record information according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따라 정보를 기록하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.7 is a schematic diagram for explaining a method of recording information according to the present invention.
도 8은 본 발명에 이용되는 자성 메모리의 프로그램 상태를 나타내는 회로도이다.8 is a circuit diagram showing a program state of the magnetic memory used in the present invention.
도 9는 본 발명에 따라 정보를 소거하기 위해 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.9 is a diagram illustrating a voltage applied to erase information according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따라 정보를 소거하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.10 is a schematic diagram for explaining a method of erasing information according to the present invention.
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