KR20230140079A - 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서 및 그 자기 센서를 이용한 자기장 측정 방법 - Google Patents

스핀 오빗 토크 기반 자기 센서 및 그 자기 센서를 이용한 자기장 측정 방법 Download PDF

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노수정
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권준현
서정우
신정훈
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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 전극층 및 상기 기판 상에 적층되며, 상기 전극층과 연결되는 한 쌍의 센싱 소자를 포함하고, 상기 전극층을 통해 인가되어 한 쌍의 상기 센싱 소자에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서로서, 본 발명에 의하면, 추가적 회로 추가나 면적 증대 또는 전력 소모 없이도 효과적으로 자기장 측정이 가능하다.

Description

스핀 오빗 토크 기반 자기 센서 및 그 자기 센서를 이용한 자기장 측정 방법{SPIN-ORBIT-TORQUE BASED MAGNETIC SENSOR AND MAGNETIC FIELD MEASUREMENT METHOD USIG THE MAGNETIC SENSOR}
본 발명은 스핀 오빗 토크(Spin-orbit-torque) 물성을 기반으로 한 자기 센서와 이를 이용한 자기장 측정 방법에 관한 것이다.
자기 센서는 인가되는 자기장의 변화를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하는 장치이며, 현재 상용화되어 널리 사용되는 자기 센서로는 홀 센서(Hall sensor)가 있다. 홀 센서는 십자가 형태의 금속층을 통과하는 자계의 변화를 전압차로 변환하여 주는 소자이며, 최근 스마트 폰용 카메라의 손떨림 방지 기능에 이용되고 있다.
홀 센서 이외에 자기장을 측정할 수 있는 센서로는 자기 저항을 이용하는 자기 저항 센서(Magneto-Resistance Sensor)가 있다. 자기 저항 효과를 이용하는 센서는 자장의 존재 유무에 따라 센서를 구성하는 재료의 전기 저항이 변하는 현상을 이용한다. 자기 저항 센서는 이방성 자기 저항변화(Anisotropic Magneto-Resistance ; AMR), 거대 자기 저항(Giant Magneto-Resistance ; GMR) 또는 터널 자기 저항(Tunneling Magneto-Resistance ; TMR)을 이용한다. 자기 저항 센서는 여하한 동작 원리를 이용하더라도 기존의 홀 센서에 비해 최소 10배의 감도를 가지는 장점이 있다.
이방성 자기 저항 현상은 강자성 금속과 이들의 합금에서 나타나는 효과로 정상적인 자기 저항 효과 이외의 부가적인 효과로 알려져 있다. 이는 spin-orbit interaction에 기인한 것으로 강자성체의 자화용 이축, 외부자계와 전류 간의 각도에 의존하여 발생하며, 비교적 낮은 감도를 가지는 것으로 알려져 있다.
거대 자기 저항 현상은 2개의 자성층의 자기 방향이 평행과 반평형의 경우에 전기 저항이 크게 차이나는 현상이다. 이는 다층 구조를 통해 구현되며, 2개의 자성체 박막들 사이에 도전체막이 형성되는 구조이다. 2개의 자성체 박막들 중 자화의 방향이 고정된 층이 구비되며, 자성체 박막들의 자화의 방향의 역으로 될 때, 최대 저항이 나타난다.
도 1과 같은 기존의 SOT 기반의 자기 센서는 기본적으로 크로스바 구조(cross bar array)에서 하나의 sensing layer로 구성되어 있다.
특별한 방향으로 자기장을 인가한 상태에서 전극을 통해 자기장의 방향과 같은 방향으로 전류를 인가시 sensing layer에서 hall voltage VH(+)를 측정하고, 자기장 혹은 전류의 방향을 서로 반대 방향으로 정한 상태에서 hall voltage VH(-)를 측정하여 두 개의 hall voltage 차이 즉 ΔV=V+H-V-H를 계산하여 자기 센서로 사용 가능하게 설계되어 있다.
이 같은 구조의 단점은 하나의 sensing layer를 사용하기 때문에, VH(+), VH(-)를 개별적으로 측정함으로써 회로 설계를 복잡하게 한다는 점이다.
단일 소자로 센서를 제작하는 경우. 센서로 이용하기 위하여 DC/AC 두 가지 방법으로 측정해야 한다. AC로 사용하는 경우 전압을 Rock in amplifier로 측정해야 하므로 회로 상에서 추가로 필요하다는 단점이 있다. 또한 DC로 사용하는 경우 도시와 같이 현재 사용하는 자기장 센서의 범위와 민감도를 가지게 하기 위해서는 오른쪽으로 흐르는 전류와 왼쪽으로 흐르는 전류 두개의 데이터가 필요하다. 이런 경우 전류를 두 번 보내줘야 하기 때문에 필연적으로 전력 소모가 높아진다는 문제점이 있다.
현재의 방법에는 오른쪽으로 흐른 전류와 왼쪽으로 흐르는 전류의 값을 서로 더해줘야 하는데 계산 값을 이용하기 위해서는 역시나 뒤에 추가적인 회로를 이용하여 두 전압값을 서로 계산하는 논리 회로가 필요하게 된다.
결국 AC/DC 두 방법 모두 추가적인 회로가 필요하다는 점에서 소자 패키징을 진행하며 면적이 커진다는 문제점이 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2020-0065678호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 추가적 회로 추가나 면적 증대 또는 전력 소모 없이도 효과적으로 자기장 측정이 가능한 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서 및 그 자기 센서를 이용한 자기장 측정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 전극층 및 상기 기판 상에 적층되며, 상기 전극층과 연결되는 한 쌍의 센싱 소자를 포함하고, 상기 전극층을 통해 인가되어 한 쌍의 상기 센싱 소자에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 한다.
여기서, 한 쌍의 상기 센싱 소자 중 제1 소자에 흐르는 전류의 방향은 인가되는 자기장의 방향과 반대 방향이고, 한 쌍의 상기 센싱 소자 중 제2 소자에 흐르는 전류의 방향은 인가되는 자기장의 방향과 동일한 방향인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전극층은, 전류원과 연결되는 제1 전극부, 상기 제1 전극부로부터 서로 반대 방향으로 분기되어, 각각 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자의 일 단부와 연결되는 한 쌍의 제2 전극부, 상기 제1 소자의 양 측단부와 연결되고, 상기 제2 전극부와 수직한 방향으로 연장되는 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부 및 상기 제2 소자의 양 측단부와 연결되고, 상기 제2 전극부와 수직한 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2 소자 측 제3 전극부를 포함한다.
또한, 상기 전극층은, 각각 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자의 타 단부와 연결되고, 그라운드(ground)와 연결되는 한 쌍의 제4 전극부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자 각각은 중금속층(Heavy metal), 강자성층(Ferromagnet metal), 산화물층(Oxide) 및 커버층(Capping layer)이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제1 전극부를 통해 인가되는 전류는 상기 제1 소자에 연결된 제2 전극부 및 상기 제2 소자에 연결된 제2 전극부로 분기되어, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자에 서로 반대 방향의 전류가 흐르는 것을 특징으로 한다.
특히, 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압 및 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압을 동시에 측정 가능한 것을 특징으로 한다.
한편, 한 쌍의 상기 제2 전극부는 각각 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자의 일 단부와 면접하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 한 쌍의 상기 제2 전극부는 각각 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자를 구성하는 강자성층(Ferromagnet metal)에 면접하는 것을 특징으로 한다.
또한, 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부는 상기 제1 소자의 양 측단부와 면접하고, 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부는 상기 제2 소자의 양 측단부와 면접하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 전극층 및 상기 전극층 상에 적층되는 한 쌍의 센싱 소자를 포함하고, 상기 전극층을 통해 인가되어 한 쌍의 상기 센싱 소자에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 한다.
그리고, 한 쌍의 상기 센싱 소자 중 제1 소자에 흐르는 전류의 방향은 인가되는 자기장의 방향과 반대 방향이고, 한 쌍의 상기 센싱 소자 중 제2 소자에 흐르는 전류의 방향은 인가되는 자기장의 방향과 동일한 방향인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전극층은, 전류원과 연결되는 제1 전극부, 상기 제1 전극부로부터 서로 반대 방향으로 분기되는 한 쌍의 제2 전극부, 한 쌍의 제2 전극부 중 상기 제1 소자 측 제2 전극부로부터 수직한 양 방향으로 연장되는 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부 및 한 쌍의 제2 전극부 중 상기 제2 소자 측 제2 전극부로부터 수직한 양 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2 소자 측 제3 전극부를 포함한다.
그리고, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자 각각은 중금속층(Heavy metal), 강자성층(Ferromagnet metal), 산화물층(Oxide) 및 커버층(Capping layer)이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 한다.
또한, 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압 및 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압을 동시에 측정 가능한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 소자는 상기 제1 소자 측 제2 전극부 및 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부가 교차되는 영역 상에 적층되고, 상기 제2 소자는 상기 제2 소자 측 제2 전극부 및 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부가 교차되는 영역 상에 적층되는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서를 이용한 자기장 측정 방법은, 상기의 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서의 상기 제2 전극부와 나란한 일 방향으로 자기장 인가시, 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압 및 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압을 측정하는 단계 및 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압 및 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압의 차이를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 자기 센서에 의하면 한 번의 전류 인가로 기존 센서에 필요한 정보를 제공함과 동시에 아날로그적 회로를 통해 계산까지 함으로써 이점이 있다.
그럼에도, 이와 같은 효율을 위해 전력 소모의 증가나 추가적 회로 구성이나 면적 증대를 요하지 않는다.
도 1은 종래의 자기 센서의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 자기 센서를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 자기 센서의 회로적 구성을 나타낸 것이고, 도 4는 측정 홀 전압을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 자기 센서의 평면 형상을, 도 6은 도 5의 X-X 단면 형상을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 자기 센서의 평면 형상을, 도 8은 도 7의 Y-Y 단면 형상을 나타낸 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 자기 센서를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 자기 센서의 회로적 구성을 나타낸 것이고, 도 4는 측정 홀 전압을 나타낸 것이다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서 및 그 자기 센서를 이용한 자기장 측정 방법을 설명하기로 한다.
본 발명은 기판(110) 상에 전극층이 형성되고, 전극층 상에 또는 전극층 간에 센싱 소자가 구비되어, 자기장이 인가된 상태에서 소자에 흐르는 전류에 의한 전압차를 측정하여 자기장을 센싱하는 자기 센서이며, 스핀 오빗 토크(spin-orbit-torque) 물성 기반의 센싱 소자를 이용한다.
본 발명과 동일한 역할의 기존 자기 센서에서 하나의 센싱 소자에 일 방향으로 전류를 인가하여 전압을 측정하고, 반대 방향으로 전류를 인가하여 전압을 측정하여 양 전압의 차이를 계산하는 것과 달리, 본 발명은 제1 소자(130)와 제2 소자(140)의 한 쌍의 센싱 소자를 구비하며, 한 쌍의 센싱 소자에 서로 반대 방향으로의 전류가 인가되게 함으로써, 양 센싱 소자에 의한 홀 전압을 한 번의 전류 인가에 의해 측정하여 그 차이를 한 번에 계산할 수 있도록 구현된다.
즉, 도 2 내지 도 5에서 참조되는 바와 같이, 십자가 모양의 단일 소자가 아닌 십자가 모양의 소자 두 개를 이용하여 십자가 모양의 소자 두 개의 홀 전압을 합치는 방식으로 측정하여 변화를 주는 것이다. DC(Direct Current)로 측정하는 경우 전류가 다른 방향으로 흐르도록 2번 주어야 하는 문제점을 해결하기 위하여 전류 지점에서 양 옆으로 십자가 구조를 두어 한 번에 전류의 방향이 다르게 흐르도록 만들어 준다. 측정 또한 두개의 홀 전압을 한 번에 측정 가능하도록 연결하여 앞서 계산해야 하는 회로를 아날로그적인 방법으로 보완할 수 있도록 하는 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 자기 센서의 평면 형상을, 도 6은 도 5의 X-X 단면 형상을 나타낸 것으로서, 도 2 및 도 5 내지 도 6을 참조하면 본 발명의 제1 실시예에 의한 자기 센서는 기판(110), 전극층, 제1 소자(130) 및 제2 소자(140)를 포함한다.
전극층은 제1 전극부(121), 한 쌍의 제2 전극부(122-1, 122-2), 한 쌍의 제3 전극부(123-1, 123-2) 및 한 쌍의 제4 전극부(124-1, 124-2)를 포함한다.
제1 전극부(121)는 전류원(Current Source)과 연결된다.
한 쌍의 제2 전극부(122-1, 122-2)는 제1 전극부(121)로부터 서로 반대 방향으로 분기되며, 자기장(B field)의 방향과 평행한 방향인 것이 바람직하다.
한 쌍의 제2 전극부(122-1, 122-2)는 제1 전극부(121)로부터 분기되어 각각 제1 소자(130), 제2 소자(140)의 일 단부와 연결된다.
그리고, 제1 소자(130), 제2 소자(140) 각각의 타 단부와 연결되고, 그라운드(ground)와 연결되는 한 쌍의 제4 전극부(124-1, 124-2)가 구비되며, 제4 전극부(124-1, 124-2)도 자기장(B field)의 방향과 평행한 방향인 것이 바람직하다.
또한, 제1 소자(130)의 양 측단부와 연결되며, 제2 전극부(122-1) 및 제4 전극부(124-1)와 수직한 방향으로 연장되는 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부(123-1)가 형성된다. 이는 자기장(B field)의 방향에 수직한 방향이기도 하다.
마찬가지로, 제2 소자(140) 각각의 양 측단부와 연결되며, 제2 전극부( 122-2) 및 제4 전극부(124-2)와 수직한 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2 소자 측 제3 전극부(123-2)가 형성된다. 이는 자기장(B field)의 방향에 수직한 방향이기도 하다.
다음, 제1 소자(130), 제2 소자(140) 각각은 중금속층(131, 141, Heavy metal), 강자성층(132, 142, Ferromagnet metal), 산화물층(133, 143, Oxide) 및 커버층(134, 144, Capping layer)이 순차적으로 적층된 셀 구조를 가짐으로써 스핀 오빗 토크(spin-orbit-torque) 물성을 나타내게 된다.
본 발명의 자기 센서는 이상과 같은 구성을 가짐으로써, 전류원으로부터 제1 전극부(121)를 통해 인가된 전류가 한 쌍의 제2 전극부(122-1, 122-2)를 통해 분기되어 각각 제1 소자(130)와 제2 소자(140) 측으로 흐르게 된다.
도시의 예에서 제1 소자(130)로 흐르는 전류는 자기장에 반대 방향이 되고, 제2 소자(140)로 흐르는 전류는 자기장에 평행한 방향이 된다.
이와 같이 일 방향의 자기장이 인가된 상태에서, 제1 소자(130) 및 제2 소자(140)에 전류가 흐르게 되면 홀 전압이 발생하게 되고, 제1 소자(130)에 연결된 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부(123-1) 양 단간 전압(V+H) 및 제2 소자(140)에 연결된 한 쌍의 제3 전극부(123-2) 양 단간 전압(V-H)을 측정할 수 있고, V+H와 V-H의 차이(ΔV)를 한 번의 전류 인가에 의해 측정함으로써 자기장의 크기와 방향의 변화를 감지한다.
이러한 제1 실시예의 기본 구조는 마그네틱 도메인의 효과를 최대한으로 줄일 수 있는 제안 방법 중 하나로 전극을 마그네틱 도메인(magnetic domain) 안으로 넣어 제작할 수 있다. 해당 구조의 장점은 소자가 작동하는 영역 전부가 마그네틱 도메인 영역으로 홀 센서의 민감도를 마그네틱 도메인으로 제어 가능하다는 이점이 있다.
다른 구조와의 차이점으로는 해당 구조를 제작하기 위한 공정 과정에서 차이가 난다. Heavy Metal/Ferro magnet metal/oxide/capping layer의 소자의 박막 구조를 점선 모양으로 마스크(mask)를 쌓아 ion-milling을 통하여 식각한다. 후에 전극층에 해당하는 부분을 쌓아줌으로써 도 8 및 도 9와 같은 구조를 제작한다.
해당 구조는 전류가 흐르는 전극과 전극 사이에 강자성체 물질이 전면적으로 존재하기 때문에 magnetic domain이 안정적으로 형성 될 수 있고, 생성 및 조종하기에 면적이 넓어 용이하다는 장점이 되고 따라서 센서를 이용하기에 유용하다.
다음, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 자기 센서의 평면 형상을, 도 8은 도 7의 Y-Y 단면 형상을 나타낸 것으로서, 도 2 및 도 7 내지 도 8을 참조하면 본 발명의 제2 실시예에 의한 자기 센서는 기판(110), 전극층, 제1 소자(130) 및 제2 소자(140)를 포함한다. 앞선 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
전극층은 제1 전극부(121), 한 쌍의 제2 전극부(222-1, 222-2), 한 쌍의 제3 전극부(223-1, 223-2)를 포함한다.
제1 전극부(121)는 전류원(Current Source)과 연결된다.
한 쌍의 제2 전극부(222-1, 222-2)는 제1 전극부(121)로부터 서로 반대 방향으로 분기되며, 자기장(B field)의 방향과 평행한 방향인 것이 바람직하다.
제1 실시예와 달리 한 쌍의 제2 전극부(222-1, 222-2)는 제1 전극부(121)로부터 분기되며, 양 단이 그라운드까지 연결된다.
그리고, 제1 소자(130) 측 제2 전극부(222-1)로부터 제2 전극부(222-1)에 수직한 양 방향으로 연장되는 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부(223-1)가 형성된다. 이는 자기장(B field)의 방향에 수직한 방향이기도 하다.
또한, 제2 소자(140) 측 제2 전극부(222-2)로부터 제2 전극부(222-2)에 수직한 양 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2 소자 측 제3 전극부(223-2)가 형성된다. 이는 자기장(B field)의 방향에 수직한 방향이기도 하다.
제1 실시예와 달리 제1 소자(130) 및 제2 소자(140)는 각각 제2 전극부(222-1)와 제1 소자 측 제3 전극부(223-1) 및 제2 전극부(222-2)와 제2 소자 측 제3 전극부(223-2)가 교차되는 영역 상에 적층되어 형성된다.
제1 소자(130), 제2 소자(140) 각각은 중금속층(131, 141, Heavy metal), 강자성층(132, 142, Ferromagnet metal), 산화물층(133, 143, Oxide) 및 커버층(134, 144, Capping layer)이 순차적으로 적층된 셀 구조를 가짐으로써 스핀 오빗 토크(spin-orbit-torque) 물성을 나타내게 된다.
제2 실시예에 의한 자기 센서 또한 전류원으로부터 제1 전극부(121)를 통해 인가된 전류가 한 쌍의 제2 전극부(222-1, 222-2)를 통해 분기되어 각각 제1 소자(130)와 제2 소자(140) 측으로 흐르게 된다.
도시의 예에서 제1 소자(130)로 흐르는 전류는 자기장에 반대 방향이 되고, 제2 소자(140)로 흐르는 전류는 자기장에 평행한 방향이 된다.
이와 같이 일 방향의 자기장이 인가된 상태에서, 제1 소자(130) 및 제2 소자(140)에 전류가 흐르게 되면 홀 전압이 발생하게 되고, 제1 소자(130)에 연결된 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부(223-1) 양 단간 전압(V+H) 및 제2 소자(140)에 연결된 한 쌍의 제3 전극부(223-2) 양 단간 전압(V-H)을 측정할 수 있고, V+H와 V-H의 차이(ΔV)를 한 번의 전류 인가에 의해 측정함으로써 자기장의 크기와 방향의 변화를 감지한다.
제2 실시예의 구조는 전극 위에 강자성체 층을 쌓은 구조로 magnetic domain의 영역이 작아지게 하여 domain의 영향을 줄인 것이다. 해당 구조에서 제1 소자와 제2 소자의 소자 특성이 같을수록 보다 바람직한데, 이는 magnetic domain 영역의 효과를 줄이기에 더 효율적이다.
해당 구조의 공정하는 전극을 먼저 쌓고 위에 원 모양의 강자성체 층을 쌓게 되면 되므로 제1 실시예보다 공정단계를 간소화 할 수 있다.
Magnetic domain의 영역이 작아 소자를 작동하는데 드는 전력소모의 양이 줄어들고 앞서 말한대로 Spin orbit torque의 효과 외의 다른 Dzyaloshinskii-Moriya Interaction 등의 강자성체에 의해 생기는 효과를 줄일 수 있어 센서의 정확도에 도움이 될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 자기 센서는 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 기술은 자기 센서 분야에 속하는 기술로서, 기존의 홀 센서, 자기 저항 센서, 자기 센서, 반도체 소자, 하이엔드급의 산업용 센서 어플리케이션, 생의학 센서 어플리케이션, 자기장 정밀 측정, 초정밀 속도 및 좌표 센싱, 지구자기 센싱, 금속물체 탐지, 비파괴 검사(NDT), 자기 통신, 3차원 자기 이미징 등의 다양한 응용 분야에 적용 가능할 것으로 판단된다.
또한, 자율 주행 차량용 전기자동차에서 사용되는 션트 저항 전류 센서로 응용가능하다. 즉, 오차 및 잡음 전압이 큰 홀-전류 센서에 비해 본 소자 구조의 션트저항 전류 센서는 저 잡음 구현 가능하다.
그리고, 스마트폰을 비롯하여 게임기, 네비게이션, IoT 등에 적용되어 위치, 방향, 움직임, 자세 등을 감지하여 다양한 기능을 구현하는 핵심 센서, 보행자 및 차량 네비게이션, 블랙박스, 게임기기, 스마트폰 등의 사용자 인터페이스 및 동작 인식부품, 카메라 손떨림방지, 리모콘, 플립커버, OIS, Auto-Focus, Pan/Tilt, 지자기 센서, 9축 스마트 모션 센서 핵심기술인 관성 및 자기 센서로 활용될 수 있다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
110 : 기판
121 : 제1 전극부
122-1, 122-2, 222-1, 222-2 : 제2 전극부
123-1, 223-1 : 제1 소자 측 제3 전극부
123-2, 223-2 : 제2 소자 측 제3 전극부
124-1, 124-2 : 제4 전극부
130 : 제1 소자 140 : 제2 소자
131, 141 : 중금속층
132, 142 : 강자성층
133, 143 : 산화물층
134, 144 : 커버층

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 전극층; 및
    상기 기판 상에 적층되며, 상기 전극층과 연결되는 한 쌍의 센싱 소자를 포함하고,
    상기 전극층을 통해 인가되어 한 쌍의 상기 센싱 소자에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    한 쌍의 상기 센싱 소자 중 제1 소자에 흐르는 전류의 방향은 인가되는 자기장의 방향과 반대 방향이고, 한 쌍의 상기 센싱 소자 중 제2 소자에 흐르는 전류의 방향은 인가되는 자기장의 방향과 동일한 방향인 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극층은,
    전류원과 연결되는 제1 전극부;
    상기 제1 전극부로부터 서로 반대 방향으로 분기되어, 각각 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자의 일 단부와 연결되는 한 쌍의 제2 전극부;
    상기 제1 소자의 양 측단부와 연결되고, 상기 제2 전극부와 수직한 방향으로 연장되는 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부; 및
    상기 제2 소자의 양 측단부와 연결되고, 상기 제2 전극부와 수직한 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2 소자 측 제3 전극부를 포함하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극층은,
    각각 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자의 타 단부와 연결되고, 그라운드(ground)와 연결되는 한 쌍의 제4 전극부를 더 포함하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 소자 및 상기 제2 소자 각각은 중금속층(Heavy metal), 강자성층(Ferromagnet metal), 산화물층(Oxide) 및 커버층(Capping layer)이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 전극부를 통해 인가되는 전류는 상기 제1 소자에 연결된 제2 전극부 및 상기 제2 소자에 연결된 제2 전극부로 분기되어, 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자에 서로 반대 방향의 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  7. 청구항 3에 있어서,
    한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압 및 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압을 동시에 측정 가능한 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  8. 청구항 3에 있어서,
    한 쌍의 상기 제2 전극부는 각각 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자의 일 단부와 면접하는 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  9. 청구항 8에 있어서,
    한 쌍의 상기 제2 전극부는 각각 상기 제1 소자 및 상기 제2 소자를 구성하는 강자성층(Ferromagnet metal)에 면접하는 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  10. 청구항 8에 있어서,
    한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부는 상기 제1 소자의 양 측단부와 면접하고,
    한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부는 상기 제2 소자의 양 측단부와 면접하는 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  11. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 전극층; 및
    상기 전극층 상에 적층되는 한 쌍의 센싱 소자를 포함하고,
    상기 전극층을 통해 인가되어 한 쌍의 상기 센싱 소자에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  12. 청구항 11에 있어서,
    한 쌍의 상기 센싱 소자 중 제1 소자에 흐르는 전류의 방향은 인가되는 자기장의 방향과 반대 방향이고, 한 쌍의 상기 센싱 소자 중 제2 소자에 흐르는 전류의 방향은 인가되는 자기장의 방향과 동일한 방향인 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 전극층은,
    전류원과 연결되는 제1 전극부;
    상기 제1 전극부로부터 서로 반대 방향으로 분기되는 한 쌍의 제2 전극부;
    한 쌍의 제2 전극부 중 상기 제1 소자 측 제2 전극부로부터 수직한 양 방향으로 연장되는 한 쌍의 제1 소자 측 제3 전극부; 및
    한 쌍의 제2 전극부 중 상기 제2 소자 측 제2 전극부로부터 수직한 양 방향으로 연장되는 한 쌍의 제2 소자 측 제3 전극부를 포함하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 소자 및 상기 제2 소자 각각은 중금속층(Heavy metal), 강자성층(Ferromagnet metal), 산화물층(Oxide) 및 커버층(Capping layer)이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  15. 청구항 13에 있어서,
    한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압 및 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압을 동시에 측정 가능한 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 소자는 상기 제1 소자 측 제2 전극부 및 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부가 교차되는 영역 상에 적층되고,
    상기 제2 소자는 상기 제2 소자 측 제2 전극부 및 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부가 교차되는 영역 상에 적층되는 것을 특징으로 하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서.
  17. 청구항 3 또는 청구항 13의 스핀 오빗 토크 기반 자기 센서의 상기 제2 전극부와 나란한 일 방향으로 자기장 인가시, 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압 및 한 쌍의 상기 제2 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압을 측정하는 단계; 및
    한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압 및 한 쌍의 상기 제1 소자 측 제3 전극부의 양단 간 전압의 차이를 산출하는 단계를 포함하는,
    스핀 오빗 토크 기반 자기 센서를 이용한 자기장 측정 방법.
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