KR102517665B1 - 스커미온 생성, 소거 및 이동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성박막에서 스커미온을 형성하거나, 소거하거나 또는 이동시키는 장치에 관한 것으로, 스커미온 생성, 소거, 이동 장치는 스커미온 생성 또는 소거를 위한 제1 전압이 인가되는 제1 전극, 생성된 스커미온을 이동시키기 위한 제2 전압이 인가되는 제2 전극, 일단은 그라운드(ground)에 접속되고, 타단은 상기 제2 전극에 접속된 자유층(free layer), 상기 제1 전극에 접속되는 고정층(pinned layer) 및 상기 자유층과 고정층 사이에 구비되고, 상기 자유층과 고정층을 연결하는 전도로를 포함하는 장벽층을 포함할 수 있다.

Description

스커미온 생성, 소거 및 이동 장치{APPARATUS FOR FORMING, ERASING, AND MOVING SKYRMION}
다양한 실시 예는 자성박막에서 스커미온을 형성하거나, 소거하거나 또는 이동시키는 장치에 관한 것이다.
전통적인 마이크로 전자 장치는 전자에 기초한 전하 이동 작업을 진행하는 것이지만, 스핀 전자 장치는 전자의 스핀 속성에 기초하여 정보의 저장, 전송과 처리를 수행하는 장치이다.
스핀 전자장치는 주로 스커미온(Skyrmion)을 이용하는데, 스커미온은 강자성(ferromagnetic) 층 표면에서 형성되는 특정한 방향성, 예를 들면 가운데로 모이는 방향성, 반시계 방향으로 회전하는 방향성을 가지는 스핀 구조체를 말한다. 이러한 스커미온은 위상학적(topological) 성질을 가지고 있고, 그에 따른 위상 홀 효과(topological hall effect), 스커미온 홀 효과(Skyrmion hall effect)와 같은 새로운 물리현상을 보여준다.
스커미온 관련 많은 연구가 진행되고 있는데, 특히, 상온에서 스커미온이 존재할 수 있다는 것이 발견된 이후로, 전자 소자 응용의 가능성을 기반으로 소자 응용을 목적으로 많은 연구가 진행되고 있다.
스커미온은 직경이 수 나노 미터로 매우 작고, 동작을 시작하기 위한 최소 전류 밀도도 상대적으로 작기 때문에 자기 메모리 또는 논리 소자를 구성하는데 유용할 수 있다. 그런데 스커미온을 이용하여 자기 메모리 또는 논리 소자를 구성하는데 있어서 가장 문제가 되는 것은 스커미온을 빠르고 제어된 상태로 생성하거나 소거하는 것이라 할 수 있다.
스커미온을 형성하는 방법으로 기존에 자기장(magnetic field)을 이용하거나 전류 유도된 스핀 토크(current0induced spin torque)를 이용하거나 전압 제어 자기 이방성(voltage-controlled magnetic anisotropy)을 이용하거나 열 에너지(thermal energy)를 이용하는 방법 등이 연구되고 제시되어 왔다.
자기장을 이용하는 방법은 자기장을 사용하기 때문에 전자 소자 응용에는 불리한 점이 많다.
전류 유도된 스핀 토크를 이용하는 방법은 평면상에 전류를 흘려주어 스커미온을 형성, 제거 또는 이동시킬 수 있으나, 단일 소자에서 형성, 제거, 또는 이동이 구현하기가 어려우며, 형성 방법 자체가 박막의 결점(defects)에 의해 만들어지기 때문에, 만들어진 스커미온은 움직이기 쉽지 않고, 형성/제거 또한 결점의 분포에 영향을 크게 받게 되어 응용 관점에서 사용이 힘들 수 있다.
전압 제어 자기 이방성을 이용한 방법은 전압을 수직으로 인가하여 스커미온을 생성 또는 소거하는 방법인데, 3차원 구조를 사용하기 때문에 2차원 구조와 결합하여 다양한 기능성을 가지는 소자 응용에 유리하나 역시 박막의 결점에 의존하여 스커미온을 생성하여 자유롭고 빠르게 동작하지 못한다는 단점이 있다.
이와 관련하여 한국등록특허(등록번호 10-1964904)는 도선에 사인파 전류 또는 코사인파 전류를 인가하면 자성층에 회전전류가 인가되어 그로 인하여 스커미온이 형성될 수 있음을 개시하고 있고, 논문 "“Creation of Magnetic Skyrmion Bubble Lattices by Ultrafast Laser in Ultrathin Films"은 35 펨토초(femto second)의 단일 레이저 펄스를 수직으로 인가하면 버블 스커미온이 형성됨을 개시하고 있다.
1. 한국등록특허 제10-1964904호
1. Soong-Geun Je, Pierre Vallobra, Titiksha Srivastava1, Juan-Carlos Rojas-Sanchez, Thai Ha Pham, Michel Hehn, Gregory Malinowski, Claire Baraduc, Stephane Auffret, Gilles Gaudin, Stephane Mangin, Helene Bea, Olivier Boulle, "Creation of Magnetic Skyrmion Bubble Lattices by Ultrafast Laser in Ultrathin Films," Nano letters, 2018, 18, 11, 7362-7371.
본 발명의 다양한 실시 예는 상술한 문제를 해소하고, 스커미온을 자유롭게 형성, 제거 이동할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 스커미온 생성, 소거, 이동 장치는 스커미온 생성 또는 소거를 위한 제1 전압이 인가되는 제1 전극, 생성된 스커미온을 이동시키기 위한 제2 전압이 인가되는 제2 전극, 일단은 그라운드(ground)에 접속되고, 타단은 상기 제2 전극에 접속된 자유층(free layer), 상기 제1 전극에 접속되는 고정층(pinned layer) 및 상기 자유층과 고정층 사이에 구비되고, 상기 자유층과 고정층을 연결하는 전도로를 포함하는 장벽층을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 전도로는 상기 장벽층의 일부에 절연을 파괴할 수 있는 전압을 인가함으로써 형성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 자유층은 산화탄탈륨(TaOx), 산화마그네슘(MgO), 탄탈륨(Ta), CoFeB 및 텅스텐(W)을 적층하여 형성할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극에 인가되는 제1 전압 및 상기 제2 전극에 인가되는 제2 전압을 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 전극에 (+) 전압을 인가함으로써 스커미온이 형성되도록 제어하고, 상기 제1 전극에 (-) 전압을 인가함으로써 스커미온이 소거되도록 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 생성하고자 하는 스커미온의 개수에 기초하여 상기 제1 전극에 인가하는 (+) 전압의 크기를 결정하고, 소거하고자 하는 스커미온의 개수에 기초하여 상기 제1 전극에 인가하는 (-) 전압의 크기를 결정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제2 전극에 (+) 전압을 인가함으로써 스커미온이 상기 그라운드와 접속된 상기 자유층의 일단 방향으로 이동되도록 제어하고, 상기 제2 전극에 (-) 전압을 인가함으로써 스커미온이 상기 제2 전극이 접속된 상기 자유층의 타단 방향으로 이동되도록 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 스커미온 레이스트랙 메모리는 스커미온 생성 또는 소거를 위한 제1 전압이 인가되는 제1 전극, 생성된 스커미온을 이동시키기 위한 제2 전압이 인가되는 제2 전극, 일단은 그라운드(ground)에 접속되고, 타단은 상기 제2 전극에 접속된 자유층(free layer), 상기 제1 전극에 접속되는 고정층(pinned layer) 및 상기 자유층과 고정층 사이에 구비되고, 상기 자유층과 고정층을 연결하는 전도로를 포함하는 장벽층을 포함하고, 상기 자유층은 복수의 영역으로 분할되고, 각 영역은 하나의 비트에 대응하는 영역이고, 상기 그라운드에 접속된 일단을 포함하는 영역이 최상위 비트를 나타내는 영역이 되고, 상기 전도로가 연결된 위치를 포함하는 영역이 최하위 비트를 나타내는 영역이 될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 전도로는 상기 장벽층의 일부에 절연을 파괴할 수 있는 전압을 인가함으로써 형성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 자유층은 산화탄탈륨(TaOx), 산화마그네슘(MgO), 탄탈륨(Ta), CoFeB 및 텅스텐(W)을 적층하여 형성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극에 인가되는 제1 전압 및 상기 제2 전극에 인가되는 제2 전압을 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제1 전극에 (+) 전압을 인가함으로써 스커미온이 형성되도록 제어하고, 상기 제1 전극에 (-) 전압을 인가함으로써 스커미온이 소거되도록 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 최하위 비트를 나타내는 영역에 한 개의 스커미온이 생성되도록 상기 제1 전극에 인가하는 (+) 전압의 크기를 결정하고, 상기 최하위 비트를 나타내는 영역에 있는 한 개의 시커미온만이 소거되도록 상기 제1 전극에 인가하는 (-) 전압의 크기를 결정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제2 전극에 (+) 전압을 인가함으로써 스커미온이 상위 비트를 나타내는 영역으로 이동하도록 제어하고, 상기 제2 전극에 (-) 전압을 인가함으로써 스커미온이 하위 비트를 나타내는 영역으로 이동하도록 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 스커미온이 한단계 상위 비트의 영역으로 이동할 수 있을 만큼으로 상기 제2 전극에 인가하는 (+) 전압의 크기를 결정할 수 있다.
본 개시에서 제안하는 장치 및 방법은 수직 전극을 사용하여 자유롭게 스커미온을 형성 소거할 수 있다.
또한, 본 개시에서 제안하는 장치 및 방법은 3차원 구조의 유리한 특성을 많이 가져 다양한 응용에 용이하게 적용할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 스커미온(skyrmion)을 생성하기 위한 자기접합터널(magnetic tunnel junction; MTJ)) 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시에서 제안하는 자기접합터널 구조 기반의 스커미온 생성 및 소거 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치에 의한 스커미온 생성의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치에서 제1 전극(23)에 인가되는 전압에 따라 생성되는 스커미온의 개수를 도시한 도면이다.
도 5는 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치에서 스커미온을 생성하고 소거하는 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6는 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치에서 스커미온의 생성, 이동 및 소거하는 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 스커미온 레이스트랙 메모리(Skyrmion racetrack memory)에 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치를 적용한 예를 도시한 도면이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하에서, 본 발명의 이해를 제공하기 위해 특정 세부 사항이 설명될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 세부 사항없이 실시될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 통상의 기술자는 이하에서 설명되는 본 발명의 다양한 실시 예가 프로세스, 장치, 시스템 또는 컴퓨터 판독 가능 매체 상의 방법과 같은 다양한 방식으로 구현될 수 있음을 인식할 것이다.
도면에 도시된 구성 요소는 본 발명의 예시적인 실시 예를 도시하고 있을 뿐이고, 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위한 것이다. 또한, 도면 내의 구성 요소들 간의 연결은 직접 연결로 제한되지 않는다. 오히려, 이들 구성 요소들 사이의 데이터는 중간 구성 요소 또는 장치에 의해 수정, 재 포맷 또는 달리 변경될 수 있다. 또한 추가 또는 더 적은 연결이 사용될 수 있다. "연결된" 또는 "통신적으로 연결된"이라는 용어는 직접 연결, 하나 이상의 중개 장치를 통한 간접 연결 및 무선 연결을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 스커미온(skyrmion)을 생성하기 위한 자기접합터널(magnetic tunnel junction; MTJ)) 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 스커미온을 생성하기 위한 자기접합터널 구조는 고정층(pinned layer)(10), 장벽층(barrier layer)(11) 및 자유층(free layer)(12)으로 구성될 수 있다. 스커미온은 특정한 방향성을 가지는 스핀 구조체로서, 스커미온의 중심과 주변이 서로 반대 방향의 스핀을 가지며 주변으로부터 중심으로 오면서 스핀의 방향이 조금씩 틀어지게 된다. 이러한 스커미온은 자기접합터널에 일정 크기 이상의 스핀 편향 전류 또는 전압을 인가하면 생성될 수 있다.
생성된 스커미온은 자유층(12)에 흐르는 전류를 따라 이동할 수 있다.
도 2는 본 개시에서 제안하는 자기접합터널 구조 기반의 스커미온 생성 및 소거 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치는 기판(13)상에 자유층(12), 장벽층(11) 및 고정층(10)이 구비되고, 특히, 장벽층(11)에는 고정층(10)과 자유층(12)을 연결하는 전도로(conducting path)(21)가 구비될 수 있다. 그리고 고정층(10)에는 스커미온의 생성과 소거를 위한 전압(Vv)을 인가하기 위한 제1 전극(23)이 접속되고, 자유층(12)의 일측에는 생성된 스커미온의 이동을 제어하기 위한 전압(Vin)을 인가하기 위한 제2 전극(25)이 접속될 수 있다. 그리고 자유층(12)의 타측에는 그라운드(ground)(27)가 연결될 수 있다.
자유층(12)은 기판(13) 상에 산화탄탈륨(TaOx), 산화마그네슘(MgO), 탄탈륨(Ta), CoFeB 및 텅스텐(W)이 적층된 강자성체일 수 있으며, 스커미온이 생성되고, 이동될 수 있는 영역일 수 있다.
고정층(10)은 백금(Pt)으로 구성될 수 있으며, 장벽층(11)은 절연층으로써 산화 가돌리늄(GdOx)으로 구성될 수 있다.
도 2에는 도시되어 있지 않지만 제1 전극(23) 및 제2 전극(25)에 인가될 전압을 결정하고, 결정된 전압이 인가되도록 제어하는 제어부가 있을 수 있다.
전도로(21)는 장벽층(11)에 절연체 파괴가 일어날 수 있는 정도의 전압을 인가하는 방법을 통해 장벽층(11)의 일부를 파괴함으로써 생성될 수 있으나, 전도로(21)의 생성 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 자유층(12)과 고정층(10)이 전도되도록 하는 임의의 방법을 사용하여 전도로(21)를 형성할 수 있다.
도 3은 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치에 의한 스커미온 생성의 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 스커미온 생성을 위하여 0ms부터 300ms동안 제1 전극(23)에 약 2.5V의 전압(Vv)을 인가할 수 있다.
도 3에서 전도로(21)의 위치는 이미지(31) 내지 이미지(35)에 도시된 바와 같이 점으로 표시된 위치일 수 있다.
도 3의 이미지는 MOKE(magneto-Optical Kerr Effect) 현미경으로 촬상한 이미지로써, 각각 스커미온 생성을 위하여 제1 전극(23)에 Vv 전압의 인가를 시작하는 0ms에서의 이미지(31), 100ms에서의 이미지(32), 200ms에서의 이미지(33), 제1 전극(23)에 Vv 전압의 인가를 종료하는 300ms에서의 이미지(34), 400ms에서의 이미지(35) 및 500ms에서의 이미지(36)이다.
각 이미지에서 회색 부분은 자화 방향이 화면 또는 종이 밖으로 나오는 방향이고 검은색 부분은 자화 방향이 화면 안으로 또는 종이 안으로 들어가는 방향을 나타낸다.
제1 전극(23)을 통해 전압(Vv)이 인가되면 이미지(32)에 도시된 바와 같이 전도로(21)의 위치에서 검은색 점들이 생성되어 퍼져 나가는 것을 알 수 있다. 이후 제1 전극(23)을 통해 Vv 전압이 더 이상 인가되지 않으면, 자화 방향이 완전히 바뀌지 않은 부분은 다시 원래의 자화 방향으로 돌아가고, 자화 방향이 완전히 바뀐 부분만이 이미지(36)에 도시된 것처럼 점 형태로 남아 스커미온 형성을 완료할 수 있다.
도 4는 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치에서 제1 전극(23)에 인가되는 전압에 따라 생성되는 스커미온의 개수를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 이미지(41) 내지 이미지(46)은 각각 제1 전극(23)에 인가되는 전압이 0V, 1.0V, 1.2V, 1.4V, 1.6V, 1.7V일 때, 생성되는 스커미온을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 전극(23)에 인가되는 전압이 커질수록 생성되는 스커미온의 수가 많아짐을 알 수 있다. 따라서, 제1 전극(23)에 인가하는 전압의 세기를 조절함으로써 생성되는 스커미온의 개수 조절이 가능할 수 있다.
도 5는 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치에서 스커미온을 생성하고 소거하는 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 전극(23)에 전압이 인가되지 않은 초기 상태(51)에서 (+)전압을 인가하면, 도 3에 도시된 바에 따라 전도로(21) 주변에서 스커미온이 생성(52)될 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 전극(23)에 인가되는 전압은 4개의 스커미온이 생성될 수 있을 정도의 전압일 수 있다. 이후에 제1 전극(23)에 (-) 전압을 인가하면 생성되었던 스커미온이 소거(53 내지 56)될 수 있다. 일 실시예에 따라, 낮은 (-) 전압을 인가하여 한번에 한 개씩 스커미온을 소거시키거나 또는 높은 (-) 전압을 인가하여 한꺼번에 여러 개의 스커미온을 소거시킬 수도 있다.
도 6는 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치에서 스커미온의 생성, 이동 및 소거하는 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 초기 상태(60)에서 제1 전극(23)에 (+) 전압을 인가하면 스커미온이 생성(61)될 수 있다. 이때 하나의 스커미온을 생성할 수 있을 만큼의 전압만을 제1 전극(23)에 인가할 수 있고, 이를 두 번 반복하여 2개의 스커미온을 생성할 수 있다.
스커미온이 생성된 상태에서 제2 전극(25)에 (+)전압을 인가하면 자유층(12)에서 전압차에 의하여 왼쪽으로 수평 전류가 흐르게 되고, 이 전류에 의하여 스커미온이 왼쪽으로 이동(62, 63, 64, 65)될 수 있다.
또한, 제2 전극(25)에 (-)전압을 인가하면 자유층(12)에서 전압차에 의하여 오른쪽으로 수평 전류가 흐르게 되고, 이에 의하여 스커미온이 오른쪽으로 이동(66, 68)될 수 있다.
그리고 제1 전극(23)에 (-) 전압을 인가하면 생성되었던 스커미온이 소거(67, 69)될 수 있다. 일 실시 예에 따라, 스커미온은 전도로(21)에 가장 가까이에 있는 스커미온부터 소거될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치는 제1 전극(23) 및/또는 제2 전극(25)에 인가하는 전압에 기초하여 스커미온을 용이하게 생성, 소거, 이동시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 스커미온 레이스트랙 메모리(Skyrmion racetrack memory)에 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치를 적용한 예를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치를 이용하여 스커미온 레이스트랙 메모리를 만들 수 있다. 레이스트랙 메모리는 일측에 최상위 비트를 나타내는 영역이 있고, 반대쪽 타측에 최하위 비트를 나타내는 영역이 있는 복수의 비트에 대한 영역을 포함하는 메모리일 수 있다. 일실시 예에 따라, 도 2의 자유층(12)을 복수의 비트를 나타낼 수 있는 영역으로 분할할 수 있다. 이때, 그라운드(27)에 인접한 영역이 최상위 비트를 나타내는 영역이 되고 전도로(21)에 인접한 영역이 최하위 비트를 나타내는 영역 될 수 있다. 그리고 해당 비트의 영역에 스커미온이 존재하면 "1"로 인식되고, 스커미온이 존재하지 않으면 0"으로 인신될 수 있다.
도 7의 (a)는 스커미온 레이스트랙 메모리에 "10101"을 쓰는 동작을 도시한다. 도 7에서 "writing"은 스커미온을 생성시키기 위하여 (+) 전압을 제1 전극(23)에 인가한 것을 나타내고, "shift"는 생성된 스커미온을 이동시키기 위하여 (+) 전압을 제2 전극(25)에 인가한 것을 나타낸다.
도 7의 (a)를 참조하면, 레이스트랙 메모리는 5비트로 구성되고, 이 5비트의 영역에 "10101"을 쓰기 위하여 레이스트랙 메모리의 모든 비트의 값이 "0"인 초기 상태(71)에서 "writing"을 수행하여 최하위 비트의 영역에 스커미온을 생성(72)할 수 있다. 그러면 레이스트랙 메모리는 "00001"의 값을 가질 수 있다. 이후 "shift"를 수행하여 스커미온을 한 비트 옆으로 이동(73)시키면 레이스트랙 메모리는 "00010"의 값을 가진다. 한번 더 "shift"를 수행하여 스커미온을 한 비트 더 옆으로 이동(74)시키면 레이스트랙 메모리는 "00100"의 값을 가진다. 이후에 "writing"을 수행하여 최하위 비트의 영역에 스커미온을 생성(75)하면, 레이스트랙 메모리는 "00101"의 값을 가지게 된다. 그리고 "shift"를 수행하여 스커미온을 한 비트 옆으로 이동(76)시키면, 레이스트랙 메모리는 "01010"의 값을 가지고 한번 더 "shift"를 수행하여 스커미온을 한 비트 더 옆으로 이동(77)시키면 "10100"의 값을 가지게 된다. 그리고 "writing"을 수행하여 최하위 비트 영역에 스커미온을 생성(78)시키면 최종적으로 "10101"의 값을 가지게 된다.
또 다른 실시 예인 도 7의 (b)를 참조하면, 레이스트랙 메모리는 4개의 비트로 구성되고, 이 4비트의 영역에 "1101"을 쓰기 위하여 레이스트랙 메모리의 모든 비트의 값이 "0"인 초기 상태(711)에서 "writing"을 수행하여 최하위 비트의 영역에 스커미온을 생성(712)할 수 있다. 그러면 레이스트랙 메모리는 "0001"의 값을 가질 수 있다. 이후 "shift"를 수행하여 스커미온을 한 비트 옆으로 이동(713)시키면 레이스트랙 메모리는 "0010"의 값을 가진다. 이후에 "writing"을 수행하여 최하위 비트의 영역에 스커미온을 생성(714)하면, 레이스트랙 메모리는 "0011"의 값을 가지게 된다. 그리고 "shift"를 수행하여 스커미온을 한 비트 옆으로 이동(715)시키면, 레이스트랙 메모리는 "0110"의 값을 가지고 한번 더 "shift"를 수행하여 스커미온을 한 비트 더 옆으로 이동(716)시키면 "1100"의 값을 가지게 된다. 그리고 "writing"을 수행하여 최하위 비트 영역에 스커미온을 생성(717)시키면 최종적으로 "1101"의 값을 가지게 된다.
본 개시에서 제안하는 스커미온 생성 및 소거 장치는 종래의 방식과 다르게 결점(defect) 기반으로 만들지 않아 스커미온을 자유롭게 움직일 수 있고, 이동시키는 데 필요한 전류밀도도 종래의 방식에 비하여 아주 낮기 때문에 스커미온의 생성, 이동을 용이하게 수행할 수 있고, 레이스트랙 메모리를 포함하여 다양한 용도로로 충분히 사용될 수 있을 것이다.

Claims (15)

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  8. 스커미온 레이스트랙 메모리에 있어서,
    스커미온 생성 또는 소거를 위한 제1 전압이 인가되는 제1 전극;
    생성된 스커미온을 이동시키기 위한 제2 전압이 인가되는 제2 전극;
    일단은 그라운드(ground)에 접속되고, 타단은 상기 제2 전극에 접속된 자유층(free layer);
    상기 제1 전극에 접속되는 고정층(pinned layer); 및
    상기 자유층과 고정층 사이에 구비되고, 상기 자유층과 고정층을 연결하는 전도로를 포함하는 장벽층을 포함하고,
    상기 자유층은,
    복수의 영역으로 분할되고, 각 영역은 하나의 비트에 대응하는 영역이고,
    상기 그라운드에 접속된 일단을 포함하는 영역이 최상위 비트를 나타내는 영역이 되고, 상기 전도로가 연결된 위치를 포함하는 영역이 최하위 비트를 나타내는 영역이 되는, 스커미온 레이스트랙 메모리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전도로는 상기 장벽층의 일부에 절연을 파괴할 수 있는 전압을 인가함으로써 형성하는, 스커미온 레이스트랙 메모리.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 자유층은 산화탄탈륨(TaOx), 산화마그네슘(MgO), 탄탈륨(Ta), CoFeB 및 텅스텐(W)을 적층하여 형성하는, 스커미온 레이스트랙 메모리.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전극에 인가되는 제1 전압 및 상기 제2 전극에 인가되는 제2 전압을 결정하는 제어부를 더 포함하는, 스커미온 레이스트랙 메모리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전극에 (+) 전압을 인가함으로써 스커미온이 형성되도록 제어하고,
    상기 제1 전극에 (-) 전압을 인가함으로써 스커미온이 소거되도록 제어하는, 스커미온 레이스트랙 메모리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 최하위 비트를 나타내는 영역에 한 개의 스커미온이 생성되도록 상기 제1 전극에 인가하는 (+) 전압의 크기를 결정하고,
    상기 최하위 비트를 나타내는 영역에 있는 한 개의 시커미온만이 소거되도록 상기 제1 전극에 인가하는 (-) 전압의 크기를 결정하는, 스커미온 레이스트랙 메모리.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 전극에 (+) 전압을 인가함으로써 스커미온이 상위 비트를 나타내는 영역으로 이동하도록 제어하고,
    상기 제2 전극에 (-) 전압을 인가함으로써 스커미온이 하위 비트를 나타내는 영역으로 이동하도록 제어하는, 스커미온 레이스트랙 메모리.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    스커미온이 한단계 상위 비트의 영역으로 이동할 수 있을 만큼으로 상기 제2 전극에 인가하는 (+) 전압의 크기를 결정하는, 스커미온 레이스트랙 메모리.
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