KR101083205B1 - Method for calculating thermal stability parameter of nanostructured cell of synthetic ferrimagnet - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3층막구조의 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수를 계산하는데 사용되는 해석적 및 수치적 통합 방법에 관한 것으로, 마이크로자기 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 평형 자기 상태의 유효 정자기장(Effective Magnetostatic Fields)을 구하고, 그 결과들을 자기 에너지 배리어를 나타내는 총 에너지에 관한 해석적 수학식에 대입함으로써, 열적 안정성 계수를 계산하는 발명에 관한 것이다. The present invention relates to an analytical and numerical integration method used to calculate the thermal stability coefficients of a composite ferrimagnetic material having a three-layered film structure. The present invention relates to a method for obtaining effective magnetostatic fields of equilibrium magnetic states using micromagnetic computer simulation. And calculating the thermal stability coefficient by substituting the results into an analytical equation for the total energy representing the magnetic energy barrier.

아울러, 본 발명은 3층막구조의 합성 페리자성체를 자유층으로 사용하는 자기랜덤액세스메모리(MRAM: magnetic random access memory)의 열적 안정성 계수를 신속하게 계산함으로써 열적으로 안정된 자기 셀을 설계하는데 유용하게 사용될 수 있는 발명에 관한 것이다. In addition, the present invention can be usefully used to design thermally stable magnetic cells by quickly calculating thermal stability coefficients of magnetic random access memory (MRAM) using a composite ferrimagnetic material having a three-layer film structure as a free layer. It relates to an invention that can be.

Description

3층막구조의 합성 페리자성체로 이루어진 나노구조 셀의 열적 안정성 계수 측정 방법{METHOD FOR CALCULATING THERMAL STABILITY PARAMETER OF NANOSTRUCTURED CELL OF SYNTHETIC FERRIMAGNET}METHODS FOR CALCULATING THERMAL STABILITY PARAMETER OF NANOSTRUCTURED CELL OF SYNTHETIC FERRIMAGNET}

본 발명은 3층막구조의 합성 페리자성체로 이루어진 나노구조 셀의 열적 안정성 계수 측정 방법에 관한 것으로, 단순화 가정을 배제하고 실제 상황에 가까운 합성 페리자성체의 자기 에너지 배리어를 계산하는 기술에 관한 것 이다.The present invention relates to a method for measuring the thermal stability coefficient of a nano-structured cell composed of a synthetic ferrimagnetic material having a three-layer film structure, and to a technique for calculating a magnetic energy barrier of a synthetic ferrimagnetic material close to a real situation without simplification.

최근 들어 나노구조의 합성 페리자성체는 초 고밀도 자기랜덤액세스메모리(MRAM)의 자유층 구조로 많은 주목을 받고 있다. 합성 페리자성체는 두 층의 자성층과 두 자성층을 분리시키는 얇은 비자성층으로 구성된 3층막 구조이다. Recently, the nano-structured ferrimagnetic material has attracted much attention as a free layer structure of ultra-high density magnetic random access memory (MRAM). Synthetic ferrimagnetic material is a three-layer film structure consisting of two magnetic layers and a thin nonmagnetic layer separating the two magnetic layers.

이러한 3층막 구조를 사용하면 단층막을 사용한 것에 비해 여러 가지 장점을 얻을 수 있는데, 장점에는 적은 누화 효과(Small Cross-talk Effects), 일관성 있는 자화 스위칭(Coherent Magnetization Switching) 및 높은 자기저항 비율(High Magnetoresistance Ratio)과 같은 것이 있다. This three-layer structure provides several advantages over single-layered membranes, including small cross-talk effects, coherent magnetization switching, and high magnetoresistance. Ratio).

이러한 장점의 대부분은 3층막 구조에서 폐자속이 형성되는 것과 관계가 있다. 아울러, 합성 페리자성체는 높은 열적 안정성을 갖고 있기 때문에, 합성 페리자성체를 실제 제조 공정에 응용하기 위해서는 열적 안정성 계수를 측정하는 과정이 중요하다.Most of these advantages are related to the formation of pulmonary fluxes in the three-layer membrane structure. In addition, since the synthetic ferrimagnetic material has high thermal stability, in order to apply the synthetic ferrimagnetic material to the actual manufacturing process, it is important to measure the thermal stability coefficient.

나노 구조를 갖는 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수는 일반적으로 자기 에너지 배리어(E M )와 열 에너지(kT)의 비율로 정의된다. 이때, 자기 에너지 배리어(E M )는 총 이방성 에너지와 합성 페리자성체의 부피를 이용하여 계산한다.The thermal stability coefficient of a synthetic ferrimagnetic substance having a nanostructure is generally defined as the ratio of the magnetic energy barrier ( E M ) and the thermal energy ( kT ). At this time, the magnetic energy barrier ( E M ) is calculated using the total anisotropic energy and the volume of the synthetic ferrimagnetic material.

자기 에너지 배리어(E M )를 계산하는데 있어서, 단일막으로 구성된 자성체에서 자기 부피는 적어도 원칙적으로는 정확하게 정의된다. In calculating the magnetic energy barrier ( E M ), the magnetic volume is defined at least in principle in magnetic bodies consisting of a single film.

또한, 총 이방성 에너지 및 열 에너지(kT)는 실험이나 큰 어려움 없이 이론을 이용하여 얻을 수 있다. 따라서 단일막으로 구성된 자성층에 대한 열적 안정성 계수를 추정하는 작업은 비교적 간단하게 수행할 수 있다.In addition, the total anisotropic energy and thermal energy ( kT ) can be obtained using the theory without experimentation or great difficulty. Therefore, estimating the thermal stability coefficient of the magnetic layer composed of a single film can be performed relatively simply.

그러나, 자성체의 크기를 나노스케일(nanoscale) 범위로 축소시킬 경우, 단일막으로 구성된 자성체에 많은 문제가 발생할 수 있다. 나노스케일의 자성박막에서는 큰 누화(Cross-talk)가 발생하거나 자구구조가 복잡해지는(ill-defined) 문제 등이 발생할 수 있다. 이러한 이유에서 자성체의 크기를 나노스케일로 감소시키는 경우 반평행 자기 정렬을 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체를 사용하게 되는 것이다.However, when the size of the magnetic material is reduced to the nanoscale range, many problems may occur in the magnetic material composed of a single film. In the nanoscale magnetic thin film, large crosstalk may occur or the structure of the magnetic domain may be ill-defined. For this reason, when the size of the magnetic material is reduced to nanoscale, a synthetic ferrimagnetic material having a three-layer film structure having antiparallel magnetic alignment is used.

3층막구조의 합성 페리자성체는 MgO 기반 자기 터널 접합체(Magnetic Tunnel Junction; MTJ)의 자유층 구조로 사용될 수 있다. 이러한 구조에서 자유층이 전류 유도 자화 스위칭(CIMS, Current Induced Magnetization Switching)되는 것이 달성되었으며, 이는 고밀도 스핀 토크(Spin-transfer Torque; STT) 자기랜덤액세스메모리(MRAM)의 핵심원리가 되기도 한다.Synthetic ferrimagnetic material of the three-layered film structure can be used as a free layer structure of MgO-based magnetic tunnel junction (MTJ). In this structure, the free layer has been achieved with Current Induced Magnetization Switching (CIMS), which is also a key principle of high-density spin-torque (STT) magnetic random access memory (MRAM).

특히, 고밀도 스핀 토크(STT) 자기랜덤액세스메모리(MRAM)의 열적 안정성은 매우 중요한 관심사임에도 불구하고, 열적 안정성 계수를 예측하는 것은 단일막 자성층에 비해 매우 어렵다. 그 주된 이유는 3층막구조의 합성 페리자성체에서는 자기이방성 및 자기 부피가 잘 정의되지 않기 때문이다.In particular, although the thermal stability of high density spin torque (STT) magnetic random access memory (MRAM) is a very important concern, predicting the thermal stability coefficient is very difficult compared to the single film magnetic layer. The main reason is that magnetic anisotropy and magnetic volume are not well defined in the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure.

결정립들 간에 자기적 교환결합이 없는 자기 매체의 경우, 열적 안정성 계수는 보자력이 측정시간에 따라 변화하는 실험결과는 Sharrock의 공식을 이용하여 얻을 수 있다. 따라서, 이 방법은 단일막 및 교환결합을 하는 3층막 매체에서 유용하게 사용된다.In the case of magnetic media without magnetic exchange bonds between grains, thermal stability coefficients can be obtained using Sharrock's formula using experimental results in which the coercivity changes with measurement time. Thus, this method is useful in single layer and three layer membrane media with exchange bonding.

그러나, 자기랜덤액세스메모리(MRAM)를 위한 3층막구조의 합성 페리자성체는 결정립 사이에 매우 강한 교환결합이 있기 때문에 일반적인 자기 매체와 다르다. 따라서, 자기 매체와 같이 Sharrock의 공식을 적용하여 열적 안정성 계수를 구하는 경우, 그 결과가 일관성이 없게 나타나는 것을 알 수 있다.However, the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure for magnetic random access memory (MRAM) is different from a general magnetic medium because there is a very strong exchange bond between grains. Therefore, when the thermal stability coefficient is obtained by applying Sharrock's formula like magnetic media, the results are inconsistent.

이러한 일관성의 결여는 Sharrock의 공식이 자기랜덤액세스메모리(MRAM)를 위한 3층막구조의 합성 페리자성체에 적용이 불가능하다는 것을 나타낸다.This lack of consistency indicates that Sharrock's formula is not applicable to the composite ferrimagnetic material of three-layered membrane structures for magnetic random access memory (MRAM).

상기 문제를 해결하기 위하여, Slonczewski가 제안한 수학식이 전류 유도 자화 스위칭(CIMS)에 관한 열적 안정성 계수를 얻는데 사용되어 왔다.To solve this problem, the equation proposed by Slonczewski has been used to obtain thermal stability coefficients for current induced magnetization switching (CIMS).

이 경우, 임계 전류 밀도는 펄스 전류의 인가시간에 따른 함수로 측정되고, 이러한 실험 데이터를 Slonczewski 수학식에 대입하여 열적 안정성 계수를 얻을 수 있다.In this case, the critical current density is measured as a function of the application time of the pulse current, and the thermal stability coefficient can be obtained by substituting such experimental data into the Slonczewski equation.

지금까지 이 방법의 적합성에 대한 부정적인 논의는 이루어지지 않았다. 그러나, Slonczewski 수학식은 평행상태에서 반평행 상태로 자화 스위칭이 될 때(또는 낮은 저항상태에서 높은 저항상태) 얻어지는 열적 안정성 계수와, 그 반대의 경우에서 얻어지는 열적 안정성 계수와 상당히 다른 결과를 보여주고 있다. To date, no negative discussion has been made regarding the suitability of this method. However, the Slonczewski equation shows quite different results from the thermal stability coefficients obtained when the magnetization switches from parallel to anti-parallel (or higher resistances at lower resistances) and vice versa. .

단층의 자성층에서는 자기 에너지 배리어를 계산하는데 필요한 자기 이방성 에너지와 자성체의 부피가 정확하게 정의된다. 그러나 3층막 합성 페리자성체에서는 자기 이방성 에너지와 자성체의 부피가 정확하게 정의되지 못하므로 자기 에너지 배리어를 예측하기가 어려워진다. In a single layer magnetic layer, the magnetic anisotropy energy and the volume of the magnetic body required to calculate the magnetic energy barrier are precisely defined. However, in the three-layered synthetic ferrimagnetic material, the magnetic anisotropy energy and the volume of the magnetic material are not accurately defined, making it difficult to predict the magnetic energy barrier.

이것을 극복하기 위해 단순화 가정들을 사용하는 방법이 대두되었다.To overcome this, a method of using simplified assumptions has emerged.

첫째, 두 자성층의 자화가 단자구이다.First, the magnetization of the two magnetic layers is the terminal sphere.

둘째, 자화가 자성층면에만 존재한다. Second, magnetization exists only in the magnetic layer.

상기 두 가지 단순화 가정은 자기 에너지 배리어를 해석적 형태로 표현하고 이것을 사용하는데 있다. 단순화 가정을 사용했을 때는 평형 상태 배열 뿐 아니라 안상점 상태 배열도 정확하게 알 수 있다. The two simplification assumptions are in expressing and using the magnetic energy barrier in an analytical form. Using the simplification hypothesis, not only the equilibrium state array but also the secured state state array can be known accurately.

따라서, 안상점 상태와 평형상태의 에너지 차로 정의되는 자기 에너지 배리어를 정확하게 계산하는 것이 가능해진다. Therefore, it becomes possible to accurately calculate the magnetic energy barrier defined by the energy difference between the stable point state and the equilibrium state.

여기서, 평형 상태 배열은 두 자성층의 자화가 면내에서 장축방향으로 반 평 행하게 배열된 상태이다. 안상점(Saddle Point) 상태에서도 자화는 여전히 반평행하지만 자화의 방향이 면내에서 단축방향으로 향하게 된다. Here, the equilibrium arrangement is a state in which the magnetizations of the two magnetic layers are arranged antiparallel in the long axis direction in the plane. Even in the saddle point, the magnetization is still antiparallel, but the direction of the magnetization is directed in the short axis direction in plane.

그러나, 두 가지 가정을 사용하지 않은 실제 상황에 가까운 경우가 되면 상황이 매우 복잡해진다.However, the situation becomes very complicated when it is close to the actual situation without two assumptions.

마이크로자기 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하면, 평형 상태 배열은 용이하게 접근이 가능하지만, 그 외의 일반적인 상황이 되면 불안정한 안상점 배열로 인하여 자기 이방성 에너지에 대한 접근이 불가능하기 때문에 자기 에너지 배리어를 계산하는 것도 불가능한 문제가 있다. 자기 에너지 배리어가 계산되지 못하면 고밀도 스핀 토크(STT) 자기랜덤액세스메모리(MRAM)의 열적 안정성 측정 또한 어려워지므로 메모리 개발에 어려움이 따르게 된다.Using micromagnetic computer simulation, the equilibrium array is easily accessible, but in other general situations it is also impossible to calculate the magnetic energy barrier because the unstable quiescent arrangements make it impossible to access magnetic anisotropic energy. There is. If the magnetic energy barrier is not calculated, the thermal stability of the high density spin torque (STT) magnetic random access memory (MRAM) also becomes difficult, which leads to difficulty in memory development.

본 발명은 자기랜덤액세스메모리(MRAM)를 위한 3층막구조의 합성 페리자성체를 응용한 나노 구조를 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수를 구하는데 있어서, 마이크로자기 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 평형 자기 상태의 유효 정자기장을 구하고, 그 결과들을 자기 에너지 배리어를 나타내는 총 에너지에 관한 해석적 수학식에 대입함으로써, 실제 상황에 근접한 열적 안정성 계수를 용이하게 측정하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention is to obtain the thermal stability coefficient of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure having a nano-structure applied to the composite ferrimagnetic material of the magnetic random access memory (MRAM), using a micromagnetic computer simulation It is an object of the present invention to provide a method for easily measuring a thermal stability coefficient close to a real situation by obtaining an effective static magnetic field of a magnetic state and substituting the results into an analytical equation regarding total energy representing a magnetic energy barrier.

본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법은 제 1 자성층, 중간 비자성층 및 제 2 자성층을 포함하고, 종횡비가 2인 직사각형 또는 타원형 평면을 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수 측정 방법에 있어서, 하기 [수학식 1] 내지 [수학식 5]로 계산되는 자기 에너지 배리어E(θ 1 2 )와 상기 3층막구조의 합성 페리자성체의 열 에너지(kT)의 비율로 정의되는 것을 특징으로 한다.The thermal stability coefficient measuring method according to the present invention comprises a first magnetic layer, an intermediate nonmagnetic layer, and a second magnetic layer, and in the method of measuring the thermal stability coefficient of the synthetic ferrimagnetic substance having a three-layer film structure having a rectangular or elliptical plane having an aspect ratio of 2 And the magnetic energy barrier E (θ 1 , θ 2 ) calculated by the following Equation 1 to Equation 5 and the thermal energy ( kT ) of the synthetic ferrimagnetic substance of the three-layered film structure. do.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112009010689456-pat00001
Figure 112009010689456-pat00001

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112009010689456-pat00002
Figure 112009010689456-pat00002

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112009010689456-pat00003
Figure 112009010689456-pat00003

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112009010689456-pat00004
Figure 112009010689456-pat00004

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112009010689456-pat00005
Figure 112009010689456-pat00005

여기서, 아래첨차 1은 상기 제 1 자성층을 나타내는 부호이고, 아래첨자 2는 상기 제 2 자성층을 나타내는 부호이고, 아래첨자 x는 상기 합성 페리자성체의 평면도 상에서 정의되는 장축 방향성분이고, 아래첨자 y는 상기 합성 페리자성체의 평면도 상에서 정의되는 단축 방향성분이고, M s 는 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층에서 동일하게 적용되는 포화 자화이고, H a 는 인가자장이고, V 는 상기 제 1 자성층 또는 상기 제 2 자성층의 부피이고, θ 는 상기 (+)x축에 대한 상기 제 1 자성층 또는 상기 제 2 자성층의 자화의 각도이고, A 는 상기 합성 페리자성체의 평면 면적이고, J 는 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층 사이에 나타나는 교환결합 상수이고, H i 는 x축 방향으로 형성된 유도 자기이방성 자기장이고, H demx 는 x축 방향으로의 유효 자기소거자장이고, H demy 는 y축 방향으로의 유효 자기소거자장이고, H dipx 는 x축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장이고, H dipy 는 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장이고, Xi(i=1,2)는 완전 단자구 상태 대비 x축 방향으로의 정자기장이고, Yi(i=1,2)는 완전 단자구 상태 대비 y축 방향으로의 정자기장이고, 상기 Here, the subscript 1 is a sign indicating the first magnetic layer, the subscript 2 is a sign indicating the second magnetic layer, the subscript x is a long axis direction component defined on the plan view of the synthetic ferrimagnetic material, the subscript y is the Is a uniaxial component defined on the plan view of the synthetic ferrimagnetic material, M s is a saturated magnetization applied equally in the first magnetic layer and the second magnetic layer, H a is an applied magnetic field, V is the first magnetic layer or the second The volume of the magnetic layer, θ is the angle of magnetization of the first magnetic layer or the second magnetic layer with respect to the (+) x axis, A is the planar area of the synthetic ferrimagnetic material, and J is the first magnetic layer and the first and the exchange coupling constant that appears between the second magnetic layer, H i is the induced magnetic anisotropy magnetic field in the x-axis direction, H is the effective demx jagiso geoja of the x-axis direction Direction, and an H demy is effective demagnetizing field in the y-axis direction, H dipx is effective dipole (leak) magnetic field in the x axis direction, H dipy is effective dipole (leak) magnetic field in the y-axis direction, Xi ( i = 1,2) is the static magnetic field in the x-axis direction compared to the state of the complete terminal sphere, Yi (i = 1,2) is the static magnetic field in the y-axis direction relative to the state of the complete terminal opening.

Figure 112009010689456-pat00006
Figure 112009010689456-pat00006

이고, 상기 H sf 스핀 플롭 자장이고, 상기 H d 는 direct write 자장이고, 상기 H xsat 은 x축으로의 포화 자장 및 상기 H ysat 은 y축으로의 포화 자장이다.And H sf is Is a spin-flop magnetic field, H d is a direct write magnetic field, H xsat is a saturation magnetic field on the x-axis, and H ysat is a saturation magnetic field on the y-axis.

본 발명은 3층막구조의 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수를 계산하는데 있어서, 마이크로자기 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 평형 자기 상태의 유효 정자기장을 구하고, 그 결과들을 자기 에너지 배리어를 나타내는 총 에너지에 관한 해 석적 수학식에 대입함으로써, 실제 상황에 유사한 나노 구조 3층막구조의 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수를 용이하게 얻을 수 있는 효과를 제공한다. In the present invention, in calculating the thermal stability coefficient of a composite ferrimagnetic material having a three-layered film structure, an effective static magnetic field of an equilibrium magnetic state is obtained by using a micromagnetic computer simulation, and the results are analyzed in terms of total energy representing a magnetic energy barrier. By substituting the equation, it is possible to easily obtain the thermal stability coefficient of the synthetic ferrimagnetic material of the nanostructured three-layer film structure similar to the actual situation.

본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법은 근본적인 방법이기 때문에 정확하며 또한 효율적이고, 고밀도 자기랜덤액세스메모리(MRAM)용 자기 셀을 설계하는데 유용하게 사용될 수 있는 효과를 제공한다.The method of measuring the thermal stability coefficient according to the present invention is an essential method, and thus provides an effect that can be usefully used to design magnetic cells for high density magnetic random access memory (MRAM).

본 발명에서는 3층막구조의 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수를 계산하는데 좀 더 근본적인 접근 방법을 사용한다. 본 발명에서는 반평행 자기 정렬을 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체를 사용한다.In the present invention, a more fundamental approach is used to calculate the thermal stability coefficient of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure. In the present invention, a synthetic ferrimagnetic material having a three-layer film structure having antiparallel magnetic alignment is used.

이 접근 방법의 핵심은 열적 안정성 계수를 정의하기 위한 자기 에너지 배리어를 구하는데 있다.The key to this approach is to find a magnetic energy barrier to define the thermal stability coefficient.

여기서 자기 에너지 배리어는 정자기 에너지를 포함하며, 삼차원 유한요소법(Finite Element Method)를 위한 해석적인 형태(analytical form)로 표현이 가능하다.In this case, the magnetic energy barrier includes sperm energy and can be expressed in an analytical form for the three-dimensional finite element method.

일단, 자기 에너지가 해석적인 수학식으로 주어지면, 열적 안정성 계수 측정 작업이 용이하게 수행될 수 있다.Once the magnetic energy is given by the analytical equation, the thermal stability coefficient measurement task can be easily performed.

도 1은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a synthetic ferrimagnetic material of a three-layer film structure according to the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 x축 및 y축을 3층막구조의 합성 페리자성체(100)의 평면도를 기준으로 정의한다. 이때, x축은 장축으로 하고, y축은 단축으로 하며, 장축 대 단축의 종횡비가 2가 되도록 하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1, first, an x-axis and a y-axis are defined based on a plan view of a synthetic ferrimagnetic material 100 having a three-layer film structure. At this time, it is preferable that the x axis is the long axis, the y axis is the short axis, and the aspect ratio of the long axis to the short axis is two.

2 미만의 낮은 종횡비를 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체(100)에서는 열적 안정성 계수가 낮아지고, 3 이상의 높은 종횡비를 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체에서는 높은 밀도를 달성하는 것이 어렵다. In the three-layer film-structured ferrimagnetic material having a low aspect ratio of less than two, the thermal stability coefficient is low, and in the three-layer film-structured ferrimagnetic material having a high aspect ratio of three or more, it is difficult to achieve high density.

여기서는 종횡비 2에 대한 일실시예로 장축의 길이(2a) × 단축의 길이(a)가 160nm × 80nm인 3층막구조의 합성 페리자성체를 사용한다. 이때, 3층막구조의 합성 페리자성체(100)의 평면은 직사각형 또는 타원형인 경우 모두 적용될 수 있다.Here, as an example for aspect ratio 2, a synthetic ferrimagnetic material having a three-layered film structure having a length 2a of a major axis and a length A of a short axis of 160nm × 80nm is used. At this time, the plane of the synthetic ferromagnetic material 100 of the three-layer film structure may be applied to both rectangular or oval.

다음으로, 제 1 자성층(110)의 두께를 t1 이라 하고, 제 2 자성층(120)의 두께를 t2라 하고, 중간 비자성층(130)의 두께를 ts라 할 때, 3층막구조의 합성 페리자성체(100)의 총 두께(t1+t2+tS)는 4 nm로, 중간 비자성층(130)의 두께는 0.6nm로 고정한 상태에서 제 1 자성층(110) 및 제 2 자성층(120)의 두께를 변화시키며 자기 에너지 배리어를 계산하였다. 이때, Δt는 t1-t2로 정의되며 두께 비대칭 정도를 나타낸다. 그리고, M1, M2는 제 1 및 제 2 자성층(110, 120)의 자화 방향을 나타내는 것으로 한다.Next, when the thickness of the first magnetic layer 110 is t 1 , the thickness of the second magnetic layer 120 is t 2 , and the thickness of the intermediate nonmagnetic layer 130 is t s , The total thickness (t 1 + t 2 + t S ) of the synthetic ferromagnetic material 100 is 4 nm, and the thickness of the intermediate nonmagnetic layer 130 is 0.6 nm, and the first magnetic layer 110 and the second magnetic layer ( The magnetic energy barrier was calculated by varying the thickness of 120). At this time, Δt is defined as t1-t2 and represents the degree of thickness asymmetry. In addition, M 1 and M 2 shall indicate magnetization directions of the first and second magnetic layers 110 and 120.

상술한 3층막구조의 합성 페리자성체(100)의 자기 에너지 배리어는 하기 [수학식 1]로 표현될 수 있다.The magnetic energy barrier of the synthetic ferrimagnetic material 100 of the above-described three-layer film structure may be represented by Equation 1 below.

[수학식1][Equation 1]

Figure 112009010689456-pat00007
Figure 112009010689456-pat00007

여기서, 아래첨차 1은 상기 제 1 자성층을 나타내는 부호이고, 아래첨자 2는 상기 제 2 자성층을 나타내는 부호이고, 아래첨자 x는 상기 합성 페리자성체의 평면도 상에서 정의되는 장축 방향성분이고, 아래첨자 y는 상기 합성 페리자성체의 평면도 상에서 정의되는 단축 방향성분이고, M s 는 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층에서 동일하게 적용되는 포화 자화이고, H a 는 인가자장이고, V 는 상기 제 1 자성층 또는 상기 제 2 자성층의 부피이고, θ 는 상기 (+)x축에 대한 상기 제 1 자성층 또는 상기 제 2 자성층의 자화의 각도이고, A 는 상기 합성 페리자성체의 평면 면적이고, J 는 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층 사이에 나타나는 교환결합 상수이고, H i 는 x축 방향으로 형성된 유도 자기이방성 자기장이고, H dem-x 는 x축 방향으로의 유효 자기소거자장이고, H dem-y 는 y축 방향으로의 유효 자기소거자장이고, H dip-x 는 x축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장이고, H dip-y 는 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장이고, Xi(i=1,2)는 완전 단자구 상태 대비 x축 방향으로의 정자기장 및 Yi(i=1,2)는 완전 단자구 상태 대비 y축 방향으로의 정자기장이다.Here, the subscript 1 is a sign indicating the first magnetic layer, the subscript 2 is a sign indicating the second magnetic layer, the subscript x is a long axis direction component defined on the plan view of the synthetic ferrimagnetic material, the subscript y is the Is a uniaxial component defined on the plan view of the synthetic ferrimagnetic material, M s is a saturated magnetization applied equally in the first magnetic layer and the second magnetic layer, H a is an applied magnetic field, V is the first magnetic layer or the second The volume of the magnetic layer, θ is the angle of magnetization of the first magnetic layer or the second magnetic layer with respect to the (+) x axis, A is the planar area of the synthetic ferrimagnetic material, and J is the first magnetic layer and the first and the exchange coupling constant that appears between the second magnetic layer, H i is the induced magnetic anisotropy magnetic field in the x-axis direction, dem-H x is the x-axis direction of the effective jagiso geoja And, H dem-y is the effective demagnetizing field, and, H dip-x is the effective dipole (leak) magnetic field in the x axis direction, H dip-y is the effective dipole (leakage to the y-axis direction of the y-axis direction ), X i (i = 1, 2) is the static magnetic field in the x-axis direction relative to the complete terminal sphere state, and Y i (i = 1, 2) is the static magnetic field in the y-axis direction relative to the complete terminal sphere state.

앞에서부터 순차적으로 세 항인

Figure 112009010689456-pat00008
,
Figure 112009010689456-pat00009
,
Figure 112009010689456-pat00010
Three persons sequentially from the front
Figure 112009010689456-pat00008
,
Figure 112009010689456-pat00009
,
Figure 112009010689456-pat00010

는 각각 H a , H dem , H dip 에 의한 지만 에너지(Zeeman energy)를 나타낸다. Represents the energy (Zeeman energy) by H a , H dem , and H dip , respectively.

마지막 두 항인

Figure 112009010689456-pat00011
Figure 112009010689456-pat00012
은 각각 일축의 자기 이방성 에너지와 층간 교환결합 에너지를 나타낸다.The last two terms
Figure 112009010689456-pat00011
And
Figure 112009010689456-pat00012
Are uniaxial magnetic anisotropy energy and interlayer exchange coupling energy, respectively.

이하, 본 발명에서 적용된 자기 파라미터는 다음과 같다. Hereinafter, the magnetic parameters applied in the present invention are as follows.

M s =1030 emu/cc, J=-0.17erg/cm2 (음의 부호는 반평행 결합을 나타냄.), Hi=10 Oe. M s = 1030 emu / cc, J = -0.17erg / cm 2 (negative sign indicates antiparallel coupling), Hi = 10 Oe.

상기 [수학식 1]에서 종래의 두 가지 단순화 가정을 적용하면 Xi=Yi=1이 된다. 그리고, H demH dip 는 삼차원 FEM(Finite Element Method; 유한요소법)을 이용해서 용이하게 계산될 수 있다. 이때, 삼차원 FEM은 상용 프로그램인 컴솔 멀티 피직스(multiphysics finite element method COMSOL)를 이용하는 것이 바람직하다. 따라서, 단순화 가정을 이용할 경우 자기 에너지 배리어를 계산하는 것이 용이해 질 수 있다. Applying the conventional two simplified assumptions in Equation 1, Xi = Yi = 1. In addition, H dem and H dip can be easily calculated using a three-dimensional finite element method (FEM). In this case, the three-dimensional FEM is preferably used a commercial program multiphysics finite element method (COMSOL). Thus, the calculation of the magnetic energy barrier can be facilitated using the simplified hypothesis.

그러나, 두 가지 가정을 사용하지 않은 실제에 더 가까운 경우에서는 앞에서 설명된 바와 같이 안상점에 접근하는 것이 불가능하다. 다행히, 컴솔 멀티 피직스(multiphysics finite element method COMSOL)에 의해 x축 방향의 정자기장(X1, X2)은는 계산이 가능하다. 반면, y축 방향으로 정자기장(Y1, Y2)은 여전히 구하기가 어려운 문제가 있었다. 이 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 However, in the case of being closer to the reality without using the two assumptions, it is impossible to approach the safety point as described above. Fortunately, the static magnetic fields (X 1 , X 2 ) in the x-axis can be calculated by the multiphysics finite element method COMSOL. On the other hand, the static magnetic fields (Y 1 , Y 2 ) in the y-axis direction was still difficult to obtain. In order to solve this problem,

판별식 D=E θ1θ1 E θ2θ 2-(E θ 2 θ 2)2=0Discrimination D = E θ1θ1 E θ2θ 2- ( E θ 2 θ 2 ) 2 = 0

에 의해 얻어지는 하기의 [수학식 2] 내지 [수학식 5]를 제공한다.The following [Equation 2] to [Equation 5] are obtained.

그리고, 이에 따른 임계 자장(critical field)과 정자기장의 관계를 이용하여 y축 방향으로 정자기장(Y1, Y2)을 구하였다.Then, the static magnetic fields (Y 1 , Y 2 ) were obtained in the y-axis direction by using the relationship between the critical field and the static magnetic field.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112009010689456-pat00013
Figure 112009010689456-pat00013

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112009010689456-pat00014
Figure 112009010689456-pat00014

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112009010689456-pat00015
Figure 112009010689456-pat00015

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112009010689456-pat00016
Figure 112009010689456-pat00016

여기서, 상기

Figure 112009010689456-pat00017
이고, 상기 H sf 스핀 플롭 자장이고, 상기 H d 는 direct write 자장이고, 상기 H xsat 은 x축으로의 포화 자장이고, 상기 H ysat 은 y축으로의 포화 자장이다.Where
Figure 112009010689456-pat00017
And H sf is Is a spin-flop magnetic field, H d is a direct write magnetic field, H xsat is a saturation magnetic field on the x-axis, and H ysat is a saturation magnetic field on the y-axis.

상기 3층막구조의 합성 페리자성체의 두께 비대칭(Δt)이 '0'인 경우, 즉 제 1 자성층과 제 2 자성층의 두께가 동일한 경우 자화 스위칭은 직접 쓰기 방식(Direct Write Mode)로 일어나지 않으므로 임계 자장(Critical Field)에 대한 독립적인 [수학식 5]가 제거된다. 그리고, y축 방향으로의 정자기장은 한 개가 된다.(Y1=Y2=Y)When the thickness asymmetry (Δt) of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure is '0', that is, when the thickness of the first magnetic layer and the second magnetic layer is the same, magnetization switching does not occur in the direct write mode (critical magnetic field) Equation 5 independent of the (Critical Field) is eliminated. Then, there is one static magnetic field in the y-axis direction (Y 1 = Y 2 = Y).

그리고, 3층막구조의 합성 페리자성체의 두께 비대칭(Δt)이 '0'이 아닌 경우, 즉 제 1 자성층과 제 2 자성층의 두께가 비대칭 적으로 변화하는 경우에는 상 기 [수학식 2] 내지 [수학식 5]가 모두 적용된다. When the thickness asymmetry (Δt) of the synthetic ferrimagnetic substance of the three-layer film structure is not '0', that is, when the thicknesses of the first magnetic layer and the second magnetic layer are asymmetrically changed, Equations 2 to 5 Equation 5] is applied to all.

상기 두께 비대칭(Δt)이 '0'이거나 '0'이 아닌 두 가지 경우 모두 미지수(X1, X2 , Y1, Y2)의 개수보다 수학식의 개수가 더 많기 때문에 안상점 배열 상태를 이용하여 정자기장을 구할 수 있다.In both cases where the thickness asymmetry Δt is '0' or not '0' , the number of equations is larger than the number of unknowns (X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 ). To obtain the static magnetic field.

다음으로, 마이크로자기 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 M-H 루프를 측정하고, 임계 자장을 계산할 수 있다. 이때, 마이크로자기 컴퓨터 시뮬레이션은 Micromagus를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체에 나타나는 자화 변화가 임계 자장에서 급격하게 일어나지 않는 문제가 있다.Next, micro-magnetic computer simulation can be used to measure the M-H loop and calculate the critical magnetic field. At this time, the micromagnetic computer simulation is preferably using Micromagus. However, there is a problem that the magnetization change appearing in the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention does not occur suddenly in the critical magnetic field.

도 2는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체에 인가되는 자장에 대한 자화의 변화를 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법으로 나타낸 그래프로, 도 2의 (a)는 두께 비대칭(Δt)이 '0'인 경우를 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 두께 비대칭(Δt) 값이 1nm 인 경우를 나타낸 것이다.Figure 2 is a graph showing the change in magnetization of the magnetic field applied to the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention by the thermal stability coefficient measuring method according to the present invention, Figure 2 (a) is asymmetric thickness (Δt) This is a case where '0', and Fig. 2 (b) shows a case where the thickness asymmetry (Δt) value is 1nm.

두 경우 모두 자화 스위칭이 급격하게 일어나지 않고 있음을 알 수 있다. 따라서, 임계 자장의 비가역성을 이용한 부가적인 측정이 필요하였다.In both cases it can be seen that the magnetization switching does not occur abruptly. Therefore, additional measurements using the irreversibility of the critical magnetic field were needed.

임계 자장(Ha)의 비가역성은 인가 자장까지 1 Oe 단계씩 증가시켰다가 다시 감소시키는 자장 소거 과정(Field Sweep Procedure)을 통하여 나타나는 히스테리시스(Hysteresis)로 표현될 수 있다.The irreversibility of the critical magnetic field Ha can be expressed as a hysteresis that occurs through a field sweep procedure that increases and decreases by 1 Oe steps up to the applied magnetic field.

도 3은 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법의 임계 자장을 계산하기 위한 자장 소거 과정을 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating a magnetic field cancellation process for calculating a critical magnetic field of the method of measuring thermal stability coefficients according to the present invention.

스위칭 자장이 임계 자장에 도달하면 비가역적 스위칭 패스(Hysteresis)가 나타나고, 임계 자장에 도달하지 않으면 가역적인 스위칭 패스가 나타나지 않으므로 도 3의 (a) 내지 (d)의 과정을 수행하여 임계 자장을 정확하게 구할 수 있다.When the switching magnetic field reaches the critical magnetic field, an irreversible switching pass appears, and when the switching magnetic field does not reach the critical magnetic field, the reversible switching path does not appear. You can get it.

그러나, 이때 H xsat H ysat 로 표시되는 포화 자장은 적용되지 않는데, 그 이유는 임계 자장에서 비가역 스위칭이 일어나지 않기 때문이다. 따라서, 상기 자장 소거 과정은 H sf H d 에 대해서만 적용되며, 여기서 구해진 값들은 [수학식 2] 및 [수학식 3]의 y축 정자기장을 계산하는데 사용될 수 있다. 이때, H sf H d 는 포화 자장 보다 작기 때문에 y축 정자기장을 계산하면서 발생할 수 있는 에러를 최소화 시킬 수 있다.However, the saturation magnetic field represented by H xsat and H ysat is not applied at this time because irreversible switching does not occur in the critical magnetic field. Therefore, the magnetic field elimination process is applied only to H sf and H d , and the values obtained here can be used to calculate the y-axis static magnetic fields of Equations 2 and 3. In this case, since H sf and H d are smaller than the saturation magnetic field, errors that may occur while calculating the y-axis static magnetic field may be minimized.

여기서, 다시 두께 비대칭(Δt)이 '0'인 경우 Y1=Y2=Y 이므로, 단 하나의 Y 파라미터와 단 하나의 임계 자장인 H sf 만을 결정하면 된다. 이와 같이 계산된 Y 파라미터의 크기는 0.92로 이것이 의미하는 바는 실제 자화 안상점 상태의 정자기장이 단순화 가정을 취하여 계산된 정자기장 값의 92 퍼센트에 해당하는 크기를 갖는다는 것이다. Here, when thickness asymmetry Δt is '0', Y 1 = Y 2 = Y, so only one Y parameter and one critical magnetic field H sf need to be determined. The calculated Y parameter is 0.92, which means that the static magnetic field of the actual magnetization stability point has a magnitude equivalent to 92 percent of the calculated static magnetic field value by taking a simple assumption.

한편, 마이크로자기 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 평형 자화 배열상태로부터 바로 계산되는 X 파라미터의 크기는 1에 매우 가까운 값을 갖는다. 이것은 x축 방향의 평형 자화 배열은 단자구 상태와 거의 동일한 상태임을 나타내는 것이다.On the other hand, the magnitude of the X parameter computed directly from the equilibrium magnetization arrangement using micromagnetic computer simulation has a value very close to one. This indicates that the balanced magnetization arrangement in the x-axis direction is almost the same as that of the terminal sphere.

상술한 원리를 이용하면, 두께 비대칭(Δt)이 '0'이 아닌 상태의 결과도 용이하게 계산할 수 있다. 먼저, H sf H d 의 정확한 값은 자장 소거 과정을 통해서 얻을 수 있으며, 이 값들을 [수학식 2] 및 [수학식 3]에 대입하여 Y1 및 Y2를 계산할 수 있다. Using the above-described principle, it is also possible to easily calculate the result of a state where the thickness asymmetry Δt is not '0'. First, the exact values of H sf and H d can be obtained through the magnetic field elimination process, and Y 1 and Y 2 can be calculated by substituting these values into Equations 2 and 3.

실제로 본 발명에서 사용된 또 다른 방법은 H d 값만을 주로 사용하는 방법인데, 이것은 H sf 의 비가역성이 작기 때문에 정확한 값을 자기 소거 과정을 통하여 결정하기 어려운 측면을 고려한 것이다. 또한 자기 소거 과정의 계산 시간이 오래 걸린다는 사실을 고려해보았을 때, H d 값만을 주로 사용하는 방법은 계산 시간을 감소시키면서도 H d H sf 보다 항상 작기 때문에 Y1 및 Y2를 계산하는데 포함될 수 있는 에러를 최소화 시킬 수 있는 장점을 갖고 있다. In fact, another method used in the present invention is a method that mainly uses only the H d value, which takes into account aspects that are difficult to determine the correct value through the self-erasing process because of the small irreversibility of H sf . Also it is included in calculating the Y 1 and Y 2, because the demagnetizing process, the calculation time is as viewed in consideration of the fact that takes longer, only the method used primarily for H d values while still reducing the computation time H d is always less than the H sf of It has the advantage of minimizing errors.

그러나, 실제 미지수는 두 개(Y1, Y2)인데 오직 하나의 H d 값만을 주로 사용하는 방법은 또 다른 하나의 가정이 필요하게 된다. 즉, Y1, Y2를 계산하기 위해서 매우 간단한 선형 근사치(linear approximation)를 사용하여야 한다.However, there are actually two unknowns (Y 1 , Y 2 ), and a method that mainly uses only one H d value requires another assumption. In other words, a very simple linear approximation should be used to calculate Y 1 and Y 2 .

(선형 근사치1) Y1(Δt)=Y(Δt=0)-ΔY(Linear approximation 1) Y1 (Δt) = Y (Δt = 0) -ΔY

(선형 근사치2) Y2(Δt)=Y(Δt=0)+ΔY (Linear approximation 2) Y2 (Δt) = Y (Δt = 0) + ΔY

상기 선형 근사치를 위한 이 방정식들은 다음과 같이 해석될 수 있다. 안상 점 상태에서 두꺼운 자성층(제 1 자성층)의 자기적 배열 상태가 단자구에서 ΔY만큼 더 벗어나게 되고, 반면에 얇은 자성층(제 2 자성층)은 똑 같은 크기인 ΔY만큼 덜 벗어나게 된다는 것이다. 따라서, 더 큰 자장 소거 과정의 크기와 다른 층으로부터 인가되는 더 작은 누설자장을 고려해보았을 때, 두꺼운 자성층(제 1 자성층)이 얇은 자성층(제 2 자성층)보다 단자구에서 더 많이 벗어난다는 사실을 이해할 수 있다.These equations for the linear approximation can be interpreted as follows. The magnetic arrangement of the thick magnetic layer (first magnetic layer) in the rest point state is deviated further by ΔY from the terminal sphere, while the thin magnetic layer (second magnetic layer) deviates by less than ΔY which is the same size. Thus, considering the magnitude of the larger magnetic field cancellation process and the smaller leakage magnetic fields applied from the other layers, it is understood that the thicker magnetic layer (first magnetic layer) deviates more from the terminal opening than the thinner magnetic layer (second magnetic layer). Can be.

이와 같이, 상기 선형 근사치를 이용해 얻어지는 Y1, Y2 값들은 미리 구해진 X1, X2와 함께 [수학식 3]에 대입됨으로써 H sf 을 구할 수 있고, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 방법으로 계산한 H sf 는 자장 소거 과정을 통해 얻어진 값과 매우 잘 일치함을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 선형 근사치(Linear Approximation)는 정확함을 확인할 수 있다. According to this, by being substituted in Y 1, Y 2, a value obtained by using the linear approximation are [Equation 3] with the pre-calculated X 1, X 2 can be obtained by H sf, 2 and 3, the The calculated H sf agrees well with the value obtained through the magnetic field cancellation process. Therefore, it can be confirmed that the linear approximation of the present invention is accurate.

마지막으로, 상술된 일련의 과정을 통해서 계산되는 정자기장과 관련된 모든 파라미터들을 이용하여 Δt에 따른 자기 에너지 배리어(EM)를 계산할 수 있으며, 그 결과는 하기 도 4와 같다.Finally, the magnetic energy barrier E M according to Δt may be calculated using all parameters related to the static magnetic field calculated through the above-described process, and the result is shown in FIG. 4.

도 4는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 두께 비대칭 정도에 따른 자기 에너지 배리어를 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법으로 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing a magnetic energy barrier according to the thermal stability coefficient measuring method according to the thickness asymmetry of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention.

도 4를 참조하면, 종래의 두 가지 단순화 가정을 사용하여 계산된 결과(Simplifying Assumptions)도 함께 표시하였다. 본 발명의 열적 안정성 계수 측 정 방법에 의해 계산된 결과(No Simplifying Assumptions)인 자기 에너지 배리어(E M )값은 Δt에 거의 독립적임을 볼 수 있다. 반면에 종래의 두 가지 단순화 가정을 사용하여 계산된 결과(Simplifying Assumptions)는 Δt에 따라 큰 변화를 보이고 있다.Referring to FIG. 4, the results calculated using two conventional simplification assumptions are also shown. It can be seen that the magnetic energy barrier ( E M ) value, which is the result calculated by the thermal stability coefficient measuring method of the present invention (No Simplifying Assumptions), is almost independent of Δt. On the other hand, the results (Simplifying Assumptions) calculated using two conventional simplification assumptions show a great change depending on Δt.

아울러, 본 발명의 열적 안정성 계수 측정 방법에 의해 계산된 결과(No Simplifying Assumptions)는 52kT(Δt=0.2 nm) 에서 56kT(Δt=1.0 nm)(T=300K)까지 변화 되고 있으며, 종래의 두 가지 단순화 가정을 사용하여 계산된 결과(Simplifying Assumptions)는 61kT(Δt=0.2 nm) 에서 75kT(Δt=1.0 nm)(T=300K)까지 변화되고 있어 전혀 상반되는 결과를 보이고 있다. In addition, the results calculated by the thermal stability coefficient measuring method of the present invention (No Simplifying Assumptions) is changing from 52 kT (Δt = 0.2 nm) to 56 kT (Δt = 1.0 nm) (T = 300K), The results calculated using two simplification assumptions (Simplifying Assumptions) vary from 61 kT (Δt = 0.2 nm) to 75 kT (Δt = 1.0 nm) (T = 300K), showing very opposite results.

아울러, 본 발명의 열적 안정성 계수 측정 방법에 따른 모든 Δt 범위에서 계산된 결과들은 단순화 가정을 사용했는지 아닌지에 따라 상당한 차이를 보이고 있다.In addition, the results calculated in all Δt ranges according to the method of measuring the thermal stability coefficient of the present invention show a significant difference depending on whether or not a simplified assumption is used.

도 5는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체를 도시한 평면도이다.5 is a plan view showing a synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention.

도 5는 직사각형의 평면을 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체(200) 이외에 타원형 평면을 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체(210, 220)에서도 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법이 적용될 수 있음을 증명하기 위하여 도시한 개략도이다.FIG. 5 shows that the thermal stability coefficient measuring method according to the present invention may be applied to the synthetic ferrimagnetic materials 210 and 220 having an elliptical plane in addition to the synthetic ferrimagnetic material 200 having a rectangular planar layer. It is a schematic diagram shown to prove.

타원형 평면을 갖는 경우 a값과 b값에 의해서 타원형태가 정의되는데, 단축 을 기준으로 하는 b값의 변위 영역이 상대적으로 적으므로, 이를 중심으로 열적 안정성 계수를 측정하는 것으로 한다.In the case of the elliptical plane, the elliptical state is defined by the a and b values. Since the displacement area of the b value relative to the short axis is relatively small, the thermal stability coefficient is measured based on this.

도 6은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태 및 자성층 두께에 따른 열적 안정성 계수를 본 발명에 따른 측정 방법으로 계산된 결과들을 표시한 상태도이다.Figure 6 is a state diagram showing the results calculated by the measurement method according to the present invention the thermal stability coefficient according to the planar shape and the thickness of the magnetic layer of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention.

도 6을 참조하면, 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 직사각형(b=0 nm)에서 타원형(b=40 nm)으로 변화하는 동안 열적 안정성 계수가 52kT 에서 60kT(T=300K)까지 변화 되고 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, the thermal stability coefficient is 52 kT to 60 kT (T = 300K) while the planar form of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure is changed from rectangular (b = 0 nm) to elliptic (b = 40 nm). You can see that it is changing.

반면에, 단순화 가정을 사용하게 되면 상기 도 4의 결과에서와 같이 상반된 결과를 얻을 수 있다.On the other hand, using the simplification hypothesis, the opposite results can be obtained as in the result of FIG. 4.

도 7은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태 및 자성층 두께에 따른 열적 안정성 계수를 종래의 단순화 가정을 따른 측정 방법으로 계산된 결과들을 표시한 상태도이다.Figure 7 is a state diagram showing the results calculated by the measurement method according to the conventional simplified assumption of the thermal stability coefficient according to the planar form and magnetic layer thickness of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention.

도 7을 참조하면, 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 직사각형(b=0 nm)에서 타원형(b=40 nm)으로 변화하는 동안 열적 안정성 계수가 64kT 에서 74kT(T=300K)까지 변화 되고 있는 것을 알 수 있다. 여기서, 52kT 값이 일부 나타나고는 있으나 이는 Δt에 의한 예외적인 현상으로 판단할 수 있다.Referring to FIG. 7, the thermal stability coefficient is 64 kT to 74 kT (T = 300K) while the planar form of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure is changed from rectangular (b = 0 nm) to elliptic (b = 40 nm). You can see that it is changing. Here, a part of the 52 kT value is shown, but this may be determined as an exceptional phenomenon due to Δt.

이와 같은 결과는 상술한 [수학식 1] 내지 [수학식 5]에 의해 해석적으로 설 명될 수 있으며, 그 과정에서 얻어지는 Δt에 따른 자화 안상점 상태의 정자기장 (Y1, Y2), y축 방향으로의 유효 자기소거자장(H dem-y) 및 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장(H dip-y) 은 다음과 같이 나타날 수 있다.Such results can be explained analytically by the above-described Equations 1 to 5, and the static magnetic field (Y 1 , Y 2 ) , y-axis of the magnetization rest point state according to Δt obtained in the process. The effective magnetic quench field H dem-y in the direction and the effective dipole magnetic field H dip-y in the y-axis direction can be expressed as follows.

도 8은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 직사각형인 경우 열적 안정성 계수를 계산하기 위한 y축 방향의 정자기장을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the static magnetic field in the y-axis direction for calculating the thermal stability coefficient when the planar shape of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is rectangular.

도 8을 참조하면, 직사각형 평면을 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체에 있어서 제 1 자성층의 정자기장(Y1)은 0.86부터 0.92까지 변화하고, 제 2 자성층의 정자기장(Y2)은 0.92부터 0.98까지 변화하는 것을 알 수 있다. 이는 상술한 바와 같이 실제 정자기장 파라미터(Y)의 크기가 단순화 가정을 취하여 계산된 정자기장 값의 86 퍼센트에서 98퍼센트에 해당하는 크기를 갖는다는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, in a synthetic ferrimagnetic material having a rectangular planar layer structure, the static magnetic field (Y 1 ) of the first magnetic layer is changed from 0.86 to 0.92, and the static magnetic field (Y 2 ) of the second magnetic layer is from 0.92 to 0.98. You can see that it changes. It can be seen that, as described above, the magnitude of the actual static magnetic field parameter (Y) has a size corresponding to 86 percent to 98 percent of the calculated static magnetic field value by taking a simple assumption.

도 9는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 타원형인 경우 열적 안정성 계수를 계산하기 위한 y축 방향의 정자기장을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the static magnetic field in the y-axis direction for calculating the thermal stability coefficient when the planar shape of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is elliptical.

도 9를 참조하면, 타원형 평면을 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체에 있어서 실제 정자기장 파라미터(Y)의 크기가 단순화 가정을 취하여 계산된 정자기장 값의 88 퍼센트에서 90퍼센트에 해당하는 크기를 갖는다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that in the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure having an elliptical plane, the magnitude of the actual static magnetic field parameter (Y) has a size corresponding to 88 percent to 90 percent of the calculated static magnetic field value by taking a simple assumption. Able to know.

도 10은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 직사각형인 경우 두께 비대칭 정도에 따른 y축 방향으로의 유효 자기소거자장을 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 직사각형인 경우 두께 비대칭 정도에 따른 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장을 나타낸 그래프이고, 도 12는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 타원형인 경우 두께 비대칭 정도에 따른 y축 방향으로의 유효 자기소거자장을 나타낸 그래프이고, 도 13은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 타원형인 경우 두께 비대칭 정도에 따른 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장을 나타낸 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing an effective magnetic erasing magnetic field in the y-axis direction according to the thickness asymmetry when the planar shape of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is rectangular, and FIG. 11 is a three-layer film structure according to the present invention. Is a graph showing the effective dipole (leakage) magnetic field in the y-axis direction according to the thickness asymmetry when the planar shape of the synthetic ferrimagnetic material is rectangular, and FIG. 12 is a planar shape of the synthetic ferrimagnetic material having a three-layered film structure according to the present invention. In the case of an ellipse, the graph shows the effective magnetic field in the y-axis direction according to the thickness asymmetry. It is a graph showing the effective dipole magnetic field in the direction.

도 10 내지 도 13을 참조하면, 종래의 두 가지 단순화 가정을 사용하여 계산된(Simplifying Assumptions) y축 방향으로의 유효 자기소거자장(H demy ) 및 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장(H dipy )이 본 발명의 열적 안정성 계수 측정 방법에 의해 계산된(No Simplifying Assumptions) 유효 자기소거자장(H demy ) 및 유효 다이폴(누설)자장(H dipy )보다 높게 나타나고 있는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 10 to 13, the effective magnetic field H demy in the y-axis direction and the effective dipole field in the y-axis direction (Simplifying Assumptions) calculated using two conventional simplification assumptions (Simplifying Assumptions) H dipy) it can be seen that there appears higher than the (No Simplifying Assumptions) the effective demagnetizing field (H demy) and the effective dipole (leak) magnetic field (H dipy) calculated by the thermal stability coefficient measurement method of the present invention.

도 14는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 타원형인 경우 자기 에너지 배리어를 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법으로 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing a magnetic energy barrier according to the thermal stability coefficient measuring method according to the present invention when the planar shape of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is elliptical.

도 14를 참조하면, 제 1 자성층 및 제 2 자성층의 비대칭 정도(Δt)가 증가될수록 단순화 가정을 사용한 경우와 그렇지 않은 경우 자기 에너지 배리어의 차이가 증가한다. 이는 비대칭 정도(Δt)가 증가될수록 플럭스 클로져(flux closure)가 떨어진다는 것을 의미한다.Referring to FIG. 14, as the degree of asymmetry Δt of the first magnetic layer and the second magnetic layer increases, the difference between the magnetic energy barrier and the case of using the simplification hypothesis increases. This means that as the degree of asymmetry Δt increases, the flux closure falls.

따라서, 본 발명에 따른 측정 결과들은 단순화 가정을 매우 주의해서 사용해야 함을 잘 보여준다.Thus, the measurement results according to the invention show that the simplification assumption must be used with great care.

상술한 바와 같이, 열적 안정성 계수 측정을 위한 E M 의 차이는 주로 단순화 가정을 배제함에 따라 발생되고 있으며, 단자구에서 벗어나는 안상점 상태의 자화배열에 의한 것이다. 일반적으로 형상이방성은 x축(평형 상태)와 y축(안상점) 방향의 정자기장 차이에 비례한다는 사실을 고려해보았을 때, 단자구 상태로 부터의 벗어남은 형상이방성을 감소시키는 결과를 야기하게 된다. As described above, the difference of E M for measuring the thermal stability coefficient is mainly generated by excluding the simplification assumption, and is due to the magnetization arrangement of the resting point state deviating from the terminal sphere. In general, considering that the shape anisotropy is proportional to the static magnetic field difference in the x-axis (equilibrium) and y-axis (resting point) direction, the deviation from the terminal sphere state results in a reduction in the shape anisotropy.

따라서, 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 값이 단순화 가정의 경우 보다 더 정확하게 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 이와 같이 실제 상황에 보다 적합한 열적 안정성 계수를 측정하는 것은 고집적 자기랜덤액세스메모리(MRAM)의 상용화를 촉진시킬 수 있다. Therefore, it can be seen that the thermal stability coefficient value according to the present invention appears more accurately than in the case of the simplification hypothesis. As such, measuring the thermal stability coefficient that is more suitable for the actual situation may promote the commercialization of highly integrated magnetic random access memory (MRAM).

일반적으로, 고집적 자기랜덤액세스메모리(MRAM)의 열적 안정성 계수는 메모리 셀의 유지시간과 관련이 있다. 따라서, 보다 정확한 셀 유지시간을 예측함으로써, 고집적 자기랜덤액세스메모리(MRAM)의 품질을 향상시킬 수 있다.In general, the thermal stability coefficient of highly integrated magnetic random access memory (MRAM) is related to the retention time of the memory cell. Therefore, by predicting the more accurate cell holding time, the quality of the highly integrated magnetic random access memory (MRAM) can be improved.

아울러, 열적 안정성 계수를 용이하게 계산함에 따라서 고집적 자기랜덤액세 스메모리(MRAM)의 생산성도 향상시킬 수 있다.In addition, the productivity of the highly integrated magnetic random access memory (MRAM) can be improved by easily calculating the thermal stability coefficient.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 에너지 배리어는 상기 [수학식 1] 내지 [수학식 5]를 따르는 열적 안정성 계수 측정 방법을 이용하여 정확하고 용이하게 예측해 낼 수 있다.As described above, the magnetic energy barrier according to the present invention can be accurately and easily predicted by using the thermal stability coefficient measuring method according to Equations 1 to 5 above.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

도 1은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체를 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing a synthetic ferrimagnetic material of a three-layer film structure according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체에 인가되는 자장에 대한 자화의 변화를 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법으로 나타낸 그래프.Figure 2 is a graph showing the change in magnetization of the magnetic field applied to the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention by the method of measuring the thermal stability coefficient according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법의 임계 자장을 계산하기 위한 자장 소거 과정을 나타낸 그래프.Figure 3 is a graph showing a magnetic field cancellation process for calculating the critical magnetic field of the method for measuring the thermal stability coefficient according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 두께 비대칭 정도에 따른 자기 에너지 배리어를 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법으로 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing a magnetic energy barrier according to the thermal stability coefficient measuring method according to the thickness asymmetry of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체를 도시한 평면도.Figure 5 is a plan view showing a synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태 및 자성층 두께에 따른 열적 안정성 계수를 본 발명에 따른 측정 방법으로 계산된 결과들을 표시한 상태도.Figure 6 is a state diagram showing the results calculated by the measurement method according to the present invention the thermal stability coefficient according to the planar form and magnetic layer thickness of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태 및 자성층 두께에 따른 열적 안정성 계수를 종래의 단순화 가정을 따른 측정 방법으로 계산된 결과들을 표시한 상태도.Figure 7 is a state diagram showing the results calculated by the measurement method according to the conventional simplified assumption of the thermal stability coefficient according to the planar form and magnetic layer thickness of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 직사각형인 경우 열적 안정성 계수를 계산하기 위한 y축 방향의 정자기장을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the static magnetic field in the y-axis direction for calculating the thermal stability coefficient when the planar shape of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is rectangular.

도 9는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 타원형 인 경우 열적 안정성 계수를 계산하기 위한 y축 방향의 정자기장을 나타낸 그래프.9 is a graph showing the static magnetic field in the y-axis direction for calculating the thermal stability coefficient when the planar shape of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is elliptical.

도 10은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 직사각형인 경우 두께 비대칭 정도에 따른 y축 방향으로의 유효 자기소거자장을 나타낸 그래프.10 is a graph showing the effective magnetic field of the magnetic field in the y-axis direction according to the thickness asymmetry degree when the planar shape of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is rectangular.

도 11은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 직사각형인 경우 두께 비대칭 정도에 따른 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장을 나타낸 그래프.11 is a graph showing the effective dipole (leakage) magnetic field in the y-axis direction according to the thickness asymmetry degree when the planar form of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is rectangular.

도 12는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 타원형인 경우 두께 비대칭 정도에 따른 y축 방향으로의 유효 자기소거자장을 나타낸 그래프.12 is a graph showing the effective magnetic field of the magnetic field in the y-axis direction according to the thickness asymmetry degree when the planar shape of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is elliptical.

도 13은 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 타원형인 경우 두께 비대칭 정도에 따른 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장을 나타낸 그래프.13 is a graph showing an effective dipole (leakage) magnetic field in the y-axis direction according to the thickness asymmetry degree when the planar form of the composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is elliptical.

도 14는 본 발명에 따른 3층막구조의 합성 페리자성체의 평면 형태가 타원형인 경우 자기 에너지 배리어를 본 발명에 따른 열적 안정성 계수 측정 방법으로 나타낸 그래프.14 is a graph showing a magnetic energy barrier according to the thermal stability coefficient measuring method according to the present invention when the planar shape of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure according to the present invention is elliptical.

Claims (9)

제 1 자성층, 중간 비자성층 및 제 2 자성층을 포함하는 3층막구조의 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수를 측정하는 방법에 있어서, 상기 합성 페리자성체는 장축 대 단축의 종횡비가 2 이상 3 미만이며, 하기 [수학식 1]로 계산되는 자기 에너지 배리어E(θ12)와 상기 3층막구조의 합성 페리자성체의 열 에너지(kT)의 비율로 정의되는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 방법.In the method for measuring the thermal stability coefficient of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure comprising the first magnetic layer, the intermediate nonmagnetic layer and the second magnetic layer, the composite ferrimagnetic material has a long axis to short axis aspect ratio of 2 or more, less than 3. A method of measuring thermal stability coefficients, characterized in that it is defined by the ratio of the magnetic energy barrier E (θ 1 , θ 2 ) calculated by [Equation 1] and the thermal energy ( kT ) of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure. [수학식1][Equation 1]
Figure 112011032124727-pat00018
Figure 112011032124727-pat00018
여기서, here, 아래첨차 1은 상기 제 1 자성층을 나타내는 부호;Subscript 1 represents a symbol representing the first magnetic layer; 아래첨자 2는 상기 제 2 자성층을 나타내는 부호;Subscript 2 represents a sign indicating the second magnetic layer; 아래첨자 x는 상기 합성 페리자성체의 평면도 상에서 정의되는 장축 방향성분;Subscript x indicates a long axis direction component defined on a plan view of the synthetic ferrimagnetic substance; 아래첨자 y는 상기 합성 페리자성체의 평면도 상에서 정의되는 단축 방향성분; Subscript y is a unidirectional component defined on a plan view of the synthetic ferrimagnetic material; M s 는 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층에서 동일하게 적용되는 포화 자화; M s is saturated magnetization applied equally in the first magnetic layer and the second magnetic layer; H a 는 인가자장; H a is the authorized magnetic field; V 는 상기 제 1 자성층 또는 상기 제 2 자성층의 부피; V is the volume of the first magnetic layer or the second magnetic layer; θ 는 상기 (+)x축에 대한 상기 제 1 자성층 또는 상기 제 2 자성층의 자화의 각도; θ is the angle of magnetization of the first magnetic layer or the second magnetic layer with respect to the (+) x axis; A 는 상기 합성 페리자성체의 평면 면적; A is the planar area of the synthetic ferrimagnetic material; J 는 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층 사이에 나타나는 교환결합 상수; J is an exchange coupling constant appearing between the first magnetic layer and the second magnetic layer; H i 는 x축 방향으로 형성된 유도 자기이방성 자기장; H i is guided is formed in the x-axis direction magnetic field, magnetic anisotropy; H demx 는 x축 방향으로의 유효 자기소거자장; H demx is the effective magnetic field in the x-axis direction; H demy 는 y축 방향으로의 유효 자기소거자장; H demy is the effective magnetic field of interest in the y-axis direction; Hdipx 는 x축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장; H dipx is the effective dipole field in the x-axis direction; Hdipy 는 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장; H dipy is the effective dipole field in the y-axis direction; Xi(i=1,2)는 완전 단자구 상태 대비 x축 방향으로의 정자기장; 및Xi (i = 1,2) is the static magnetic field in the x-axis direction compared to the state of the full terminal; And Yi(i=1,2)는 완전 단자구 상태 대비 y축 방향으로의 정자기장이다.Yi (i = 1,2) is the static magnetic field in the y-axis direction compared to the state of the complete terminal.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 3층막구조의 합성 페리자성체는 종횡비가 2인 직사각형 평면을 갖는 것을 측정대상으로 하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 방법.The method of measuring the thermal stability coefficient, characterized in that the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure has a rectangular plane having an aspect ratio of 2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 3층막구조의 합성 페리자성체는 장축 대 단축의 종횡비가 2인 타원형 평면을 갖는 것을 측정대상으로 하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 방법.The method of measuring the thermal stability coefficient of the three-layered film structure, characterized in that the ferrimagnetic material has an elliptical plane having an aspect ratio of long axis to short axis of 2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 3층막구조의 합성 페리자성체는 총 두께 및 상기 중간 비자성층의 두께를 고정시킨 상태에서, 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층의 두께를 변화시키면서 측정하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 방법.The composite ferrimagnetic material of the three-layer film structure is measured while varying the thickness of the first magnetic layer and the second magnetic layer in a state where the total thickness and the thickness of the intermediate nonmagnetic layer is fixed. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1 자성층의 두께(t1)은 상기 제 2 자성층의 두께(t2)는 보다 크거나 같은(t1 ≥ t2) 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 방법.The thickness t 1 of the first magnetic layer is such that the thickness t 2 of the second magnetic layer is greater than or equal to (t 1 ≧ t 2 ). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 인가자장 H a 는 상기 3층막구조의 합성 페리자성체의 잔류자기 상태(remanent state)를 나타내는 값을 사용하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 방법.The applied magnetic field H is a coefficient of thermal stability measuring method, which is characterized by using a value that indicates the residual magnetic state (remanent state) of the synthetic ferrimagnet of the three-layer film structure. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 Yi(i=1,2)는 하기 [수학식 2] 내지 [수학식 5]를 이용하여 계산된 값으로 정의되는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 방법.Yi (i = 1,2) is a thermal stability coefficient measuring method characterized in that it is defined as a value calculated using the following [Equation 2] to [Equation 5]. [수학식 2][Equation 2]
Figure 112009010689456-pat00019
Figure 112009010689456-pat00019
[수학식 3]&Quot; (3) "
Figure 112009010689456-pat00020
Figure 112009010689456-pat00020
[수학식 4]&Quot; (4) "
Figure 112009010689456-pat00021
Figure 112009010689456-pat00021
[수학식 5][Equation 5]
Figure 112009010689456-pat00022
Figure 112009010689456-pat00022
여기서, 상기Where
Figure 112009010689456-pat00023
Figure 112009010689456-pat00023
상기 H sf 스핀 플롭 자장; H sf is Spin flop magnetic field; 상기 H d 는 direct write 자장; H d is a direct write magnetic field; 상기 H xsat 은 x축으로의 포화 자장; 및 H xsat is a saturation magnetic field along the x-axis; And 상기 H ysat 은 y축으로의 포화 자장이다. H ysat is a saturation magnetic field along the y axis.
제 1 자성층, 중간 비자성층 및 제 2 자성층을 포함하고, 종횡비가 2인 직사각형 또는 타원형 평면을 갖는 3층막구조의 합성 페리자성체의 열적 안정성 계수 측정 방법에 있어서, 하기 [수학식 1] 내지 [수학식 5]로 계산되는 자기 에너지 배 리어E(θ 1 2 )와 상기 3층막구조의 합성 페리자성체의 열 에너지(kT)의 비율로 정의되는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 방법.In the method of measuring the thermal stability coefficient of the synthetic ferrimagnetic substance having a three-layer film structure having a rectangular or elliptical plane having an aspect ratio of 2 and comprising a first magnetic layer, an intermediate nonmagnetic layer, and a second magnetic layer, the following [Equations 1] to [Math] A method of measuring thermal stability coefficients, characterized in that it is defined by the ratio of the magnetic energy barrier E (θ 1 , θ 2 ) calculated by Equation 5 and the thermal energy ( kT ) of the synthetic ferrimagnetic material of the three-layer film structure. [수학식1][Equation 1]
Figure 112009010689456-pat00024
Figure 112009010689456-pat00024
[수학식 2][Equation 2]
Figure 112009010689456-pat00025
Figure 112009010689456-pat00025
[수학식 3]&Quot; (3) "
Figure 112009010689456-pat00026
Figure 112009010689456-pat00026
[수학식 4]&Quot; (4) "
Figure 112009010689456-pat00027
Figure 112009010689456-pat00027
[수학식 5][Equation 5]
Figure 112009010689456-pat00028
Figure 112009010689456-pat00028
여기서, 아래첨차 1은 상기 제 1 자성층을 나타내는 부호이고, 아래첨자 2는 상기 제 2 자성층을 나타내는 부호이고, 아래첨자 x는 상기 합성 페리자성체의 평면도 상에서 정의되는 장축 방향성분이고, 아래첨자 y는 상기 합성 페리자성체의 평면도 상에서 정의되는 단축 방향성분이고, M s 는 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층에서 동일하게 적용되는 포화 자화이고, H a 는 인가자장이고, V 는 상기 제 1 자성층 또는 상기 제 2 자성층의 부피이고, θ 는 상기 (+)x축에 대한 상기 제 1 자성층 또는 상기 제 2 자성층의 자화의 각도이고, A 는 상기 합성 페리자성체의 평면 면적이고, J 는 상기 제 1 자성층 및 상기 제 2 자성층 사이에 나타나는 교환결합 상수이고, H i 는 x축 방향으로 형성된 유도 자기이방성 자기장이고, H dem-x 는 x축 방향으로의 유효 자기소거자장이고, H dem-y 는 y축 방향으로의 유효 자기소거자장이고, H dip-x 는 x축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장이고, H dip-y 는 y축 방향으로의 유효 다이폴(누설)자장이고, Xi(i=1,2)는 완전 단자구 상태 대비 x축 방향으로의 정자기장이고, Yi(i=1,2)는 완전 단자구 상태 대비 y축 방향으로의 정자기장이고, 상기
Figure 112009010689456-pat00029
Here, the subscript 1 is a sign indicating the first magnetic layer, the subscript 2 is a sign indicating the second magnetic layer, the subscript x is a long axis direction component defined on the plan view of the synthetic ferrimagnetic material, the subscript y is the Is a uniaxial component defined on the plan view of the synthetic ferrimagnetic material, M s is a saturated magnetization applied equally in the first magnetic layer and the second magnetic layer, H a is an applied magnetic field, V is the first magnetic layer or the second The volume of the magnetic layer, θ is the angle of magnetization of the first magnetic layer or the second magnetic layer with respect to the (+) x axis, A is the planar area of the synthetic ferrimagnetic material, and J is the first magnetic layer and the first and the exchange coupling constant that appears between the second magnetic layer, H i is the induced magnetic anisotropy magnetic field in the x-axis direction, dem-H x is the x-axis direction of the effective jagiso geoja And, H dem-y is the effective demagnetizing field, and, H dip-x is the effective dipole (leak) magnetic field in the x axis direction, H dip-y is the effective dipole (leakage to the y-axis direction of the y-axis direction ) Is the magnetic field, Xi (i = 1,2) is the static magnetic field in the x-axis direction relative to the complete terminal sphere state, and Yi (i = 1,2) is the static magnetic field in the y-axis direction relative to the complete terminal sphere state,
Figure 112009010689456-pat00029
이고, 상기 H sf 스핀 플롭 자장이고, 상기 H d 는 direct write 자장이고, 상기 H xsat 은 x축으로의 포화 자장 및 상기 H ysat 은 y축으로의 포화 자장이다.And H sf is Is a spin-flop magnetic field, H d is a direct write magnetic field, H xsat is a saturation magnetic field on the x-axis, and H ysat is a saturation magnetic field on the y-axis.
제 8 항의 열적 안정성 계수 측정 방법을 마이크로자기 컴퓨터 시뮬레이션 결과 및 FEM program을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성 계수 측정 장치.The thermal stability coefficient measuring apparatus of claim 8, wherein the method of measuring thermal stability coefficients is performed using a micromagnetic computer simulation result and an FEM program.
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