KR101228113B1 - 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 동작방법에 관한 것이다. 개시된 본 발명의 정보 저장 장치는 자구벽을 갖는 저장 트랙, 상기 저장 트랙에 정보를 기록하기 위한 쓰기 수단 및 상기 저장 트랙에 기록된 정보를 재생하기 위한 읽기 수단을 포함하는 정보 저장 장치에 있어서, 상기 읽기 수단은 상기 저장 트랙과 교차하도록 형성된 비자성 도전층; 및 상기 비자성 도전층의 길이 방향으로 상기 저장 트랙과 이격하고, 상기 비자성 도전층의 일부를 덮도록 형성된 강자성 고정층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 동작방법{Information storage device using magnetic domain wall moving and method of operating the same}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 보여주는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치의 읽기 방법을 단계별로 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 보여주는 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치의 읽기 방법을 단계별로 보여주는 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
100 : 쓰기 트랙 200, 200a, 200b : 중간층
300, 300a, 300b : 저장 트랙 400, 400a, 400b : 비자성 도전층
500 : 강자성 고정층 C1∼C6 : 제1 내지 제6 도전선
CS1, CS2 : 제1 및 제2 칼럼 구조체 D1, D2 : 제1 및 제2 자구
DW : 자구벽 E1 : 읽기 전류
E2∼E4 : 전류 V : 읽기 전압
1. 발명의 분야
본 발명은 정보 저장 장치 및 그 동작방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.
2. 관련 기술의 설명
일반적인 HDD(Hard disk drive)는 디스크 형태의 자기 기록 매체를 회전시키면서 그 위에 읽기/쓰기(reading/writing) 헤드를 부상시켜 정보를 읽고 쓰는 장치이다. 이러한 HDD는 100GB(gigabite) 이상의 많은 데이터를 저장할 수 있는 비휘발성 정보 저장 장치로서, 주로 컴퓨터의 주 저장 장치로 이용되어왔다.
그러나 HDD는 그 내부에 많은 수의 움직이는 기계 시스템을 포함한다. 이들은 HDD가 이동되거나 충격을 받으면 다양한 기계적인 고장(trouble)을 유발할 수 있고, 그러므로 HDD의 이동성(mobility) 및 신뢰성(reliability)을 저하시킨다. 또한, 상기 기계 시스템들은 HDD의 제조 복잡성과 제조 비용을 증가시키고, 소비 전력을 증가시키며, 소음을 유발한다. 특히, HDD를 소형화할 때 상기 제조 복잡성과 제조 비용의 증가 문제는 더욱 커진다.
이에, 최근에는 움직이는 기계 시스템을 포함하지 않으면서 HDD와 같이 대량의 데이터를 저장할 수 있는 새로운 저장 장치의 개발을 위한 연구가 이루어지고 있다. 상기 새로운 저장 장치의 일례로, 자성 물질의 자구벽(magnetic domain wall) 이동 원리를 이용한 정보 저장 장치가 제안되었다.
자성체를 구성하는 자기적인 미소영역을 자기 구역(magnetic domain ; 이하, 자구라 함)이라 한다. 이러한 자구 내에서는 자기 모멘트의 방향이 동일하다. 자구의 크기 및 자화 방향은 자성체의 물성, 모양, 크기 및 외부의 에너지에 의해 적절히 제어될 수 있다. 자구벽(magnetic domain wall)은 서로 다른 자화 방향을 갖는 자구들의 경계 부분이고, 자성체에 인가되는 전류 또는 자기장에 의해 이동될 수 있다. 예를 들면, 소정 길이를 갖는 라인 형태의 자성체에 제1 방향으로 전류를 인가하면, 상기 자성체 내의 자구벽 및 자구는 상기 제1 방향과 반대 방향으로 이동될 수 있다. 이것은 자구벽이 전자의 흐름 방향으로 이동하기 때문이다. 상기 자구벽의 이동 원리를 정보 저장 장치에 적용하면, 자구벽 이동에 의해 자구들이 고정된 읽기/쓰기 헤드를 통과하도록 함으로써, 기록 매체의 회전 없이 읽기/쓰기가 가능하다. 이러한 자구벽 이동 원리가 적용된 정보 저장 장치는 움직이는 기계 시스템을 포함하지 않아 이동성(mobility) 및 신뢰성(reliability)이 우수하고, 제조가 용이하며, 소비 전력이 적다는 이점이 있다.
그러나 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치는 아직 개발 초기단계에 있고, 그의 실용화 및 고집적화를 위해서 극복해야 할 문제점들이 있다. 상기 문제점 중 하나는 읽기 헤드와 관련된다. 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치에서 이용될 수 있는 읽기 헤드로는 CPP-TMR(Current Perpendicular to Plane-Tunnel Magneto Resistance) 헤드 및 CPP-GMR(Current Perpendicular to Plane-Giant Magneto Resistance) 헤드가 있다. CPP-TMR 및 CPP-GMR 헤드는 그를 구성하는 복수의 층들 을 동시에 패터닝하여 제조하는 도트 타입(dot type) 헤드이다. 정보 저장 장치의 기록 밀도를 높이기 위해서는 정보 저장 트랙의 폭을 감소시켜야 하는데, 그에 따라 CPP-TMR 및 CPP-GMR 헤드의 제조는 어려워진다. 이것은 정보 저장 트랙의 폭이 감소할수록, 구현해야 할 CPP-TMR 또는 CPP-GMR 헤드의 크기가 작아지기 때문이다. 더욱이, 정보 저장 트랙의 폭이 감소할수록 정보 저장 트랙과 CPP-TMR 또는 CPP-GMR 헤드간 오정렬(misalignment)로 인한 문제가 발생할 가능성이 증가한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 정보 저장 트랙의 폭이 좁아지더라도 용이하게 제조할 수 있어서 고집적화에 유리한 읽기 수단을 구비한 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 정보 저장 장치의 동작방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 자구벽을 갖는 저장 트랙, 상기 저장 트랙에 정보를 기록하기 위한 쓰기 수단 및 상기 저장 트랙에 기록된 정보를 재생하기 위한 읽기 수단을 포함하는 정보 저장 장치에 있어서, 상기 읽기 수단은 상기 저장 트랙과 교차하도록 형성된 비자성 도전층; 및 상기 비자성 도전층의 길이 방향으로 상기 저장 트랙과 이격하고, 상기 비자성 도전층의 일부를 덮도록 형성된 강자성 고정층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치를 제공 한다.
여기서, 상기 비자성 도전층은 상기 저장 트랙의 상면 또는 하면에 형성될 수 있다.
상기 강자성 고정층은 상기 비자성 도전층의 상면 또는 하면에 형성될 수 있다.
상기 강자성 고정층은 상기 비자성 도전층과 교차하도록 형성될 수 있다.
상기 비자성 도전층은 Cu, Al, Au 및 Ag로 구성된 군 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 강자성 고정층은 Fe-Pd, Fe-Pt, Co-Pt, Co-Tb, Co-Fe-Tb, Co-Fe-Gd, Co-Fe-Ho 및 Co-Fe-Nb로 구성된 군 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 저장 트랙과 상기 강자성 고정층 간의 거리는 1nm∼500nm일 수 있다.
상기 저장 트랙은 복수 개로 배열되고, 상기 저장 트랙 중에서 인접한 두 개의 저장 트랙 사이마다 상기 강자성 고정층이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 강자성 고정층과 그와 인접한 두 개의 상기 저장 트랙 간의 거리는 같을 수 있다. 또한, 상기 비자성 도전층은 상기 저장 트랙 모두와 공통으로 연결될 수 있다.
상기 비자성 도전층은 복수 개로 배열되되, 상기 저장 트랙 하나에 상기 비자성 도전층 하나씩 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 강자성 고정층은 그와 인접한 두 개의 상기 저장 트랙 각각에 연결된 상기 비자성 도전층들과 공통으로 연결될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 자구벽을 갖고 정보가 기록된 저장 트랙, 상기 저장 트랙과 교차하도록 형성된 비자성 도전층 및 상기 비자성 도전층의 길이 방향으로 상기 저장 트랙과 이격하고 상기 비자성 도전층의 일부를 덮도록 형성된 강자성 고정층이 마련된 상태에서, 상기 저장 트랙과 상기 강자성 고정층 사이에 읽기 전류를 인가하는 제1 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법을 제공한다.
상기 정보 저장 장치의 동작방법은 상기 제1 단계 후, 상기 저장 트랙 내에서 상기 자구벽을 1 비트만큼 이동시키는 제2 단계;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 저장 트랙은 복수 개로 배열되고, 상기 저장 트랙 중에서 인접한 두 개의 저장 트랙 사이마다 상기 강자성 고정층이 형성되며, 상기 비자성 도전층은 상기 저장 트랙 모두와 공통으로 연결될 수 있다.
상기 강자성 고정층과 그와 인접한 두 개의 상기 저장 트랙 간의 거리는 같을 수 있다.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 자구벽을 갖고 정보가 기록된 저장 트랙, 상기 저장 트랙과 교차하도록 형성된 비자성 도전층 및 상기 비자성 도전층의 길이 방향으로 상기 저장 트랙과 이격하고 상기 비자성 도전층의 일부를 덮도록 형성된 강자성 고정층이 마련된 상태에서, 상기 저장 트랙과 상기 비자성 도전층의 일단 사이에 전류를 인가하면서, 상기 강자성 고정층과 상기 비자성 도전층의 타단 사이의 전위차를 측정하는 제1 단계;를 포함하는 정보 저장 장치의 동작방법을 제공한다. 여기서, 상기 비자성 도전층의 상기 일단은 상기 저장 트랙과 인접하고, 상기 비자성 도전층의 상기 타단은 상기 강자성 고정층과 인 접한다.
상기 정보 저장 장치의 동작방법은 상기 제1 단계 후, 상기 저장 트랙 내에서 상기 자구벽을 1 비트만큼 이동시키는 제2 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 저장 트랙 및 상기 비자성 도전층은 복수 개로 배열되고, 상기 저장 트랙 하나에 상기 비자성 도전층 하나씩 연결되며, 상기 저장 트랙 중에서 인접한 두 개의 저장 트랙 사이마다 상기 강자성 고정층이 형성될 수 있다.
상기 강자성 고정층은 그와 인접한 두 개의 저장 트랙 각각에 연결된 상기 비자성 도전층들과 공통으로 연결될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치 및 그 동작방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치(이하, 본 발명의 제1 정보 저장 장치)를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 정보 저장 장치는 데이터 저장을 위한 저장 트랙(300)과 저장 트랙(300)에 데이터를 기록하기 위한 쓰기 트랙(100)을 포함한다. 쓰기 트랙(100)과 저장 트랙(300)은 모두 자구벽 이동 특성을 갖는다. 도 1에는 쓰기 트랙(100)과 저장 트랙(300)이 평행한 경우가 도시되어 있지만, 그들은 수직 교차하게 형성될 수도 있다. 쓰기 트랙(100) 상에 형성된 저장 트랙(300)은 2층 이상의 다층 구조일 수 있다. 도 1에서는 2층 구조의 저장 트랙(300)이 개시되어 있는데, 아래부터 번호를 부여하여 제1 및 제2 저장 트랙(300a, 300b)이라 한다. 제1 및 제2 저장 트랙(300a, 300b)의 길이는 서로 다를 수 있다. 예컨대, 저장 트랙(300)의 길이는 상부로 갈수록 길어질 수 있다.
쓰기 트랙(100)과 제1 저장 트랙(300a) 사이 및 제1 저장 트랙(300a)과 제2 저장 트랙(300b) 사이에는 연자성 물질로 형성된 중간층(200)이 구비된다. 쓰기 트랙(100)과 제1 저장 트랙(300a) 사이의 중간층(200)을 제1 중간층(200a)이라 하고, 제1 및 제2 저장 트랙(300a, 300b) 사이의 중간층(200)을 제2 중간층(200b)이라 한다.
쓰기 트랙(100)의 양단(E1, E2)에 제1 및 제2 도전선(C1, C2)이 형성되어 있고, 각 저장 트랙(300)의 양단에 제3 내지 제6 도전선(C3∼C6)이 형성되어 있다. 제1 내지 제6 도전선(C1∼C6)은 쓰기 트랙(100) 및 저장 트랙(300)에 전류를 인가하기 위한 수단으로서, 그 각각은 트랜지스터와 같은 구동 소자(미도시)와 연결되어 있을 수 있다.
쓰기 트랙(100)은 CoPt 또는 FePt로 형성되거나, CoPt와 FePt의 합금으로 형성된 강자성층일 수 있고, 그의 자기 이방성 에너지는 2×103∼107 J/m3 정도인 것이 바람직하다. 중간층(200)은 Ni, Co, NiCo, NiFe, CoFe, CoZrNb 및 CoZrCr 중 어느 하나로 형성된 연자성층일 수 있고, 그의 자기 이방성 에너지는 10∼103 J/m3 정도인 것이 바람직하다. 저장 트랙(300)에서 중간층(200)과 접한 부분(이하, 제1 부 분)의 자기 이방성 에너지는 상기 제1 부분을 제외한 나머지 부분(이하, 제2 부분)의 자기 이방성 에너지보다 작은 것이 바람직하다. 그러나 저장 트랙(300)은 전 영역에서 동일한 자기 이방성 에너지를 가질 수도 있다. 상기 제1 부분의 자기 이방성 에너지(K1)는 0≤K1≤107 J/m3 정도일 수 있고, 상기 제2 부분의 자기 이방성 에너지(K2)는 2×103≤K2≤107 J/m3 정도일 수 있다. 이러한 저장 트랙(300)은 CoPt 또는 FePt로 형성되거나, CoPt와 FePt의 합금으로 형성될 수 있는데, 상기 제1 부분은 He+나 Ga+와 같은 불순물 이온이 도핑된 영역일 수 있다. 상기 불순물 이온이 도핑됨에 따라, 상기 제1 부분의 자기 이방성 에너지가 상기 제2 부분의 그것보다 낮아진다.
쓰기 트랙(100)은 적어도 두 개의 자구 및 적어도 한 개의 자구벽을 포함한다. 도 1에는 쓰기 트랙(100)이 제1 및 제2 자구(D1, D2)와 그들 사이에 하나의 자구벽(DW)을 갖는 경우가 도시되어 있다. 쓰기 트랙(100) 내에 제1 및 제2 자구(D1, D2)를 형성하는 방법은 다양하다. 예를 들면, 쓰기 트랙(100)이 될 강자성층의 일단 상에 연자성층을 형성한 후, 상기 강자성층과 상기 연자성층에 소정의 외부 자장을 인가하면, 상기 연자성층과 접한 강자성층은 나머지 부분과 다른 자화 방향을 가질 수 있다. 이 밖에도 다양한 방법으로 제1 및 제2 자구(D1, D2)를 형성할 수 있다.
쓰기 트랙(100)의 양단 사이에 전류를 흘려줌으로써, 자구벽(DW)을 쓰기 트랙(100) 내에서 이동시킬 수 있다. 전류 방향과 전자의 이동 방향은 반대이므로, 자구벽(DW)은 전류 방향과 반대 방향으로 이동한다. 예컨대, 제1 도전선(C1)에서 제2 도전선(C2)으로 전류를 흘려주면 자구벽(DW)은 제1 도전선(C1) 쪽으로 이동한다. 자구벽(DW)의 위치에 따라, 제1 중간층(200a)의 자화 방향이 달라질 수 있다. 다시 말해, 제1 중간층(200a)의 자화 방향은 제1 중간층(200a)과 접한 쓰기 트랙(100)의 자화 방향을 따른다. 이것은 중간층(200)이 자화 반전되기 용이한 연자성층이기 때문이다. 제1 중간층(200a)의 자화 방향이 반전되면, 그에 따라 제1 중간층(200a) 상의 제1 저장 트랙(300a)에서 제1 중간층(200a)과 접한 부분, 즉 상기 제1 부분의 자화 방향이 제1 중간층(200a)의 그것과 동일해진다. 이것은 제1 중간층(200a) 및 제1 저장 트랙(300a)의 상기 제1 부분이 동일한 자화 방향을 가지는 것이 그렇지 않은 것보다 에너지적으로 안정하기 때문이다. 이러한 자화 반전은 최하층의 중간층(200), 즉 제1 중간층(200a)부터 최상층의 제1 부분, 즉 제2 저장 트랙(300b)에서 제2 중간층(200b)과 접한 부분까지 연쇄적으로 일어난다. 상기 제1 부분의 자기 이방성 에너지(K1)가 상기 제2 부분의 자기 이방성 에너지(K2)보다 작으면, 상기 제1 부분의 자화 반전이 더욱 용이하다.
상기 제1 부분의 자화 방향을 원하는 상태로 반전시킨 후, 상기 제1 부분에서 상기 제2 부분 방향으로 자구벽을 1 비트만큼 이동시키면, 상기 제2 부분에 소정의 정보를 기록할 수 있다.
쓰기 트랙(100), 중간층(200) 및 저장 트랙(300)을 포함하는 칼럼 구조체는 복수 개가 등간격으로 배열될 수 있다. 도 1에는 상기 칼럼 구조체가 두 개만 도시되어 있지만 그 수는 훨씬 더 많을 수 있다. 도 1에서 오른쪽 칼럼 구조체를 제1 칼럼 구조체(CS1)라고 하고, 왼쪽 칼럼 구조체는 제2 칼럼 구조체(CS2)라 한다.
제1 및 제2 칼럼 구조체(CS1, CS2)의 제2 저장 트랙(300b) 상에 그들과 교차하는 비자성 도전층(400)이 형성되어 있다. 비자성 도전층(400)은 복수의 제2 저장 트랙(300b)과 공통으로 연결되어 있다. 비자성 도전층(400)은 제2 저장 트랙(300b)의 하면에 형성될 수도 있으며, Cu, Al, Au 및 Ag 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 비자성 도전층(400) 상면에 제2 저장 트랙(300b)과 이격되고, 비자성 도전층(400)과 교차하는 강자성 고정층(500)이 형성되어 있다. 강자성 고정층(500)은 비자성 도전층(400)의 하면에 형성될 수도 있으며, Fe-Pd, Fe-Pt, Co-Pt, Co-Tb, Co-Fe-Tb, Co-Fe-Gd, Co-Fe-Ho 및 Co-Fe-Nb 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 강자성 고정층(500)은 인접한 두 개의 제2 저장 트랙(300b) 사이에 배치된다. 강자성 고정층(500)과 그와 인접한 두 개의 제2 저장 트랙(300b) 간의 거리는 동일할 수 있다. 강자성 고정층(500)과 제2 저장 트랙(300b) 간의 거리는 1nm∼500nm 정도일 수 있다. 비자성 도전층(400)과 강자성 고정층(500)은 읽기 수단을 구성한다. 상기 읽기 수단으로 비자성 도전층(400)과 접한 제2 저장 트랙(300b)에 저장된 데이터를 읽을 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 정보 저장 장치의 읽기 방법을 자세하게 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1 정보 저장 장치의 읽기 방법을 단계적으로 보여주는 사시도이다.
도 2a를 참조하면, 제1 및 제2 칼럼 구조체(CS1, CS2)의 저장 트랙(300)에 소정의 데이터가 저장되어 있다. 상기 데이터는 2진(binary) 데이터이며, 데이터 0과 데이터 1은 서로 다른 음영으로 표시하였다. 저장 트랙(300)의 일부에는 데이터가 저장되지 않을 수 있는데, 데이터가 저장되지 않는 부분은 데이터의 임시 보관 영역인 버퍼 영역일 수 있다.
제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b)과 강자성 고정층(500) 사이에 읽기 전류(E1)를 인가한다. 예컨대, 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제1 도전선(C1)에서 비자성 도전층(400)을 거쳐 강자성 고정층(500)으로 읽기 전류(E1)를 인가한다. 비자성 도전층(400)과 접한 제2 저장 트랙(300b)에 저장된 데이터의 종류에 따라 읽기 전류(E1)의 저항이 다르다. 만일 비자성 도전층(400)과 접한 제2 저장 트랙(300b)과 강자성 고정층(500)이 같은 방향으로 자화되어 있으면 읽기 전류(E1)의 흐름이 원활하여 그 저항이 작다. 반면, 비자성 도전층(400)과 접한 제2 저장 트랙(300b)과 강자성 고정층(500)이 반대 방향으로 자화되어 있으면 읽기 전류(E1)의 흐름이 방해를 받기 때문에 그 저항이 상대적으로 크다. 이와 같은 저항 차이를 감지함으로써, 제2 저장 트랙(300b)에 기록된 데이터를 읽을 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b) 내에서 자구벽들을 1 비트만큼 이동시킨다. 예컨대, 제5 도전선(C5)에서 제6 도전선(C6)으로 전류(E2)를 인가하면, 상기 자구벽들은 제6 도전선(C6)에서 제5 도전선(C5) 방향으로 1 비트만큼 이동된다. 그 다음, 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b)과 강자성 고정층(500) 사이에 읽기 전류(E1)를 인가하여 읽기 동작을 수행할 수 있다. 이와 같이 자구벽 이동과 읽기 전류(E1) 인가를 교번하여 반복하면, 저장 트 랙(300)에 기록된 데이터를 모두 읽을 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치(이하, 본 발명의 제2 정보 저장 장치)를 보여준다. 본 실시예는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 제1 정보 저장 장치에서 변형된 것이다. 본 발명의 제1 정보 저장 장치와 본 발명의 제2 정보 저장 장치의 차이는 비자성 도전층(400)에 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 정보 저장 장치에서 비자성 도전층(400)은 복수 개로 배열되고, 제2 저장 트랙(300b) 하나에 비자성 도전층(400) 하나씩 연결되어 있다. 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b)과 연결된 비자성 도전층(400)은 제1 비자성 도전층(400a)이라 하고, 제2 칼럼 구조체(CS2)의 제2 저장 트랙(300b)과 연결된 비자성 도전층(400)은 제2 비자성 도전층(400b)이라 한다. 제1 및 제2 비자성 도전층(400a, 400b)은 평행하게 이격되어 있으나, 그들의 일부가 오버랩(overlap)될 수 있다. 상기 오버랩된 부분 상에 강자성 고정층(500)이 형성되어 있다. 제1 및 제2 비자성 도전층(400a, 400b)은 오버랩되지 않고, 제1 및 제2 비자성 도전층(400a, 400b) 각각에 강자성 고정층(500)이 하나씩 형성될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 정보 저장 장치의 읽기 방법을 자세하게 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 정보 저장 장치의 읽기 방법을 단계적으로 보여주는 사시도이다.
도 4a를 참조하면, 제1 및 제2 칼럼 구조체(CS1, CS2)의 저장 트랙(300)에 소정의 데이터가 저장되어 있다. 상기 데이터는 2진(binary) 데이터이며, 데이터 0과 데이터 1은 서로 다른 음영으로 표시하였다. 저장 트랙(300)의 일부에는 데이터가 저장되지 않을 수 있는데, 데이터가 저장되지 않는 부분은 데이터의 임시 보관 영역인 버퍼 영역일 수 있다.
제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b)에서 제1 비자성 도전층(400a)으로 전류(E3)를 인가하면서, 강자성 고정층(500)과 제1 비자성 도전층(400a)의 타단 사이에 읽기 전압(V)을 인가한다. 여기서, 제1 비자성 도전층(400a)의 상기 일단은 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b)과 인접한 부분이고, 제1 비자성 도전층(400a)의 상기 타단은 강자성 고정층(500)과 인접한 부분이다. 제1 비자성 도전층(400a)과 접한 제2 저장 트랙(300b)에 기록된 데이터의 종류에 따라, 상기 읽기 전압(V)의 크기, 즉, 강자성 고정층(500)과 제1 비자성 도전층(400a)의 타단 사이의 전위차가 달라진다. 제1 비자성 도전층(400a)과 접한 제2 저장 트랙(300b)에 기록된 데이터의 종류에 따라, 전류(E3)에 의해 제1 비자성 도전층(400a)에 축적(accumulation)되는 전자의 종류가 달라지기 때문이다. 전류(E3)에 의해 제1 비자성 도전층(400a)에 축적된 상기 전자는 강자성 고정층(500)과 제1 비자성 도전층(400a)의 타단 사이의 상기 전위차에 영향을 준다. 이와 같은 원리로 제2 저장 트랙(300b)에 기록된 데이터를 읽을 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b) 내에서 자구벽들을 1 비트만큼 이동시킨다. 예컨대, 제5 도전선(C5)에서 제6 도전선(C6)으로 전류(E4)를 인가하면, 상기 자구벽들은 제6 도전선(C6)에서 제5 도전선(C5) 방향으 로 1 비트만큼 이동된다. 그 다음, 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b)에서 제1 비자성 도전층(400a)으로 전류(E3)를 인가하면서, 강자성 고정층(500)과 제1 비자성 도전층(400a)의 타단 사이의 전위차를 측정하는 읽기 동작을 수행할 수 있다. 이와 같이 자구벽 이동과 읽기 동작을 교번하여 반복하면, 저장 트랙(300)에 기록된 데이터를 모두 읽을 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 정보 저장 장치의 읽기 방법은 본 발명의 제2 정보 저장 장치에 동일하게 적용될 수 있다. 예컨대, 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제1 도전선(C1)에서 제1 비자성 도전층(400a)을 거쳐 강자성 고정층(500)으로 읽기 전류를 인가함으로써, 제1 칼럼 구조체(CS1)의 제2 저장 트랙(300b)에 기록된 데이터를 읽을 수 있다.
이상의 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 쓰기 트랙(100), 중간층(200) 및 저장 트랙(300)의 구조 및 그들 간의 위치 관계를 다양하게 변형할 수 있을 것이다. 예를 들면, 중간층(200)이 개재됨(interposition) 없이 쓰기 트랙(100)의 측면에 저장 트랙(300)이 형성될 수도 있다. 또한, 본 발명의 원리는 쓰기 트랙(100) 및 저장 트랙(300)이 수직 자기 이방성을 갖느냐 아니면 수평 자기 이방성을 갖느냐에 상관없이 적용될 수 있다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 정보 저장 장치에서 읽기 수단은 저장 트랙(300)에 교차하는 비자성 도전층(400)과 비자성 도전층(400)에 교차하는 강자성 고정층(500)을 포함한다. 비자성 도전층(400)과 강자성 고정층(500)은 라인 타입이기 때문에, 그들의 폭이 작아지더라도, 도트 타입의 CPP-TMR 또는 CPP-GMR 보다 용이하게 형성할 수 있다. 특히, 저장 트랙(300)과 비자성 도전층(400)이 서로 교차하고, 비자성 도전층(400)과 강자성 고정층(500)이 서로 교차하기 때문에 그들 사이의 오정렬 문제는 발생 가능성이 낮다. 그러므로, 상기 읽기 수단을 포함한 본 발명의 자구벽 이동을 이용한 정보 저장 장치는 고집적화에 유리하다.

Claims (20)

  1. 자구벽을 갖는 저장 트랙, 상기 저장 트랙에 정보를 기록하기 위한 쓰기 수단 및 상기 저장 트랙에 기록된 정보를 재생하기 위한 읽기 수단을 포함하는 정보 저장 장치에 있어서,
    상기 읽기 수단은
    상기 저장 트랙과 교차하도록 형성된 비자성 도전층; 및
    상기 비자성 도전층의 길이 방향으로 상기 저장 트랙과 이격하고, 상기 비자성 도전층의 일부를 덮도록 형성된 강자성 고정층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비자성 도전층은 상기 저장 트랙의 상면 또는 하면에 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 강자성 고정층은 상기 비자성 도전층의 상면 또는 하면에 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 강자성 고정층은 상기 비자성 도전층과 교차하도록 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 비자성 도전층은 Cu, Al, Au 및 Ag로 구성된 군 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 강자성 고정층은 Fe-Pd, Fe-Pt, Co-Pt, Co-Tb, Co-Fe-Tb, Co-Fe-Gd, Co-Fe-Ho 및 Co-Fe-Nb로 구성된 군 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 트랙과 상기 강자성 고정층 간의 거리는 1nm∼500nm인 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 저장 트랙은 복수 개로 배열되고, 상기 저장 트랙 중에서 인접한 두 개의 저장 트랙 사이마다 상기 강자성 고정층이 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 강자성 고정층과 그와 인접한 두 개의 상기 저장 트랙 간의 거리는 같은 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 비자성 도전층은 상기 저장 트랙 모두와 공통으로 연결된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 비자성 도전층은 복수 개로 배열되되, 상기 저장 트랙 하나에 상기 비자성 도전층 하나씩 연결된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 강자성 고정층은 그와 인접한 두 개의 상기 저장 트랙 각각에 연결된 상기 비자성 도전층들과 공통으로 연결된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치.
  13. 자구벽을 갖고 정보가 기록된 저장 트랙, 상기 저장 트랙과 교차하도록 형성된 비자성 도전층 및 상기 비자성 도전층의 길이 방향으로 상기 저장 트랙과 이격하고 상기 비자성 도전층의 일부를 덮도록 형성된 강자성 고정층이 마련된 상태에서,
    상기 저장 트랙과 상기 강자성 고정층 사이에 읽기 전류를 인가하는 제1 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 단계 후,
    상기 저장 트랙 내에서 상기 자구벽을 1 비트만큼 이동시키는 제2 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 저장 트랙은 복수 개로 배열되고, 상기 저장 트랙 중에서 인접한 두 개의 저장 트랙 사이마다 상기 강자성 고정층이 형성되며, 상기 비자성 도전층은 상기 저장 트랙 모두와 공통으로 연결된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 강자성 고정층과 그와 인접한 두 개의 상기 저장 트랙 간의 거리는 같은 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법.
  17. 자구벽을 갖고 정보가 기록된 저장 트랙, 상기 저장 트랙과 교차하도록 형성된 비자성 도전층 및 상기 비자성 도전층의 길이 방향으로 상기 저장 트랙과 이격하고 상기 비자성 도전층의 일부를 덮도록 형성된 강자성 고정층이 마련된 상태에서,
    상기 저장 트랙과 상기 비자성 도전층의 일단 사이에 전류를 인가하면서, 상기 강자성 고정층과 상기 비자성 도전층의 타단 사이의 전위차를 측정하는 제1 단계;를 포함하되,
    상기 비자성 도전층의 상기 일단은 상기 저장 트랙과 인접하고, 상기 비자성 도전층의 상기 타단은 상기 강자성 고정층과 인접한 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 단계 후,
    상기 저장 트랙 내에서 상기 자구벽을 1 비트만큼 이동시키는 제2 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 저장 트랙 및 상기 비자성 도전층은 복수 개로 배열되고, 상기 저장 트랙 하나에 상기 비자성 도전층 하나씩 연결되며, 상기 저장 트랙 중에서 인접한 두 개의 저장 트랙 사이마다 상기 강자성 고정층이 형성된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 강자성 고정층은 그와 인접한 두 개의 저장 트랙 각각에 연결된 상기 비자성 도전층들과 공통으로 연결된 것을 특징으로 하는 정보 저장 장치의 동작방법.
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