KR101041828B1 - Magnetic logic Device based on the single magnetic layer with multiple magnetic easy axes - Google Patents

Abstract

본 발명은 다축 자기이방성 특성을 갖는 자성 물질의 각 자화방향에 따라 다르게 주어지는 저항 상태를 이용한 자기논리 소자에 관한 것이다. 구체적으로는 정방형 결정구조를 가지는 기판상에 절연막으로 이격되는 다수의 전류라인을 구비하되, 상기 기판과 각각의 전류라인 사이에 하나의 강자성체층이 배치되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a magnetic logic device using a resistance state given differently according to each magnetization direction of a magnetic material having multi-axis magnetic anisotropy. Specifically, a plurality of current lines spaced apart by an insulating film on a substrate having a square crystal structure, characterized in that one ferromagnetic layer is disposed between the substrate and each current line.

본 발명에 따르면, 다수의 안정한 자화 상태를 단일 자성층에서 구현하고, 자성체 층 자체를 센서 층으로 동시에 이용함으로써 자기 논리 소자 구조를 간단히 하여 공정을 단축하고 생산 단가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 초기화에 따라 소자의 기능이 전환 가능한 효과가 있다.According to the present invention, by implementing multiple stable magnetization states in a single magnetic layer and simultaneously using the magnetic layer itself as a sensor layer, the structure of the magnetic logic element can be simplified to shorten the process and reduce the production cost, Therefore, the function of the device can be switched.

자기논리소자, 자기이방성, 평면홀효과, 터넬링 비등방자기저항 Magnetic Logic Element, Magnetic Anisotropy, Planar Hall Effect, Tunneling Anisotropic Magnetoresistance

Description

다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자 {Magnetic logic Device based on the single magnetic layer with multiple magnetic easy axes}Magnetic logic device based on multi-axis magnetic material single layer

본 발명은 다중 자화 방향을 갖는 강자성 물질의 자화방향에 따라 다르게 주어지는 다중 저항 상태를 이용하고 재구성이 가능한 자기논리 소자에 관한 것이다. 특히, 두 개의 안정한 평면 홀 및 터넬링 비등방 저항 상태를 단일 자성층에서 구현하고 자기 센서로 이용함으로써 다중 자화 상태를 이용한 자기 논리 소자 구조를 간단히 하여 공정을 단축하고 생산 단가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 자화상태를 이용함으로서 비활성 및 초기화에 따라 논리 기능의 재구성이 가능한 자기 논리 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic logic device capable of reconfiguring and using multiple resistance states given differently depending on the magnetization direction of a ferromagnetic material having multiple magnetization directions. In particular, by implementing two stable planar hole and tunneling anisotropic resistance states in a single magnetic layer and using it as a magnetic sensor, the structure of the magnetic logic element using multiple magnetization states can be simplified to shorten the process and reduce production cost. The present invention relates to a magnetic logic device capable of reconfiguring logic functions according to inactivation and initialization by using a magnetization state.

Magnetic random access memory (MRAM) 는 최근 비활성 자기 기억 소자로 연구가 가장 활발히 진행되는 분야이다. 자성체 삼중 층 구조에서 두 자성 층의 평행

혹은 반평행

상태의 저항의 차이로 발생되는 두 저항 상태를 “0” 과 “1” 논리 상태로 이용 정보를 저장하는 것이다. 최근 이러한 MRAM cell을 자기 논리소자에 용용하려는 노력이 시도되었다. 두 개의 입력전류 에 의해 발생되는 유도자기장에 의해 MRAM cell의 자화 조합이 평행과 반평행 사이에서 전환되는 현상을 이용 AND, NAND, OR, NOR 등의 논리 기능을 구현한 것이다. Magnetic random access memory (MRAM) is an inactive magnetic memory device that is currently being actively researched. Parallel of two magnetic layers in a magnetic triple layer structure

Or antiparallel

The two resistance states generated by the difference in the resistances of the states are used to store the usage information as logic states "0" and "1". Recently, efforts have been made to use such MRAM cells in magnetic logic devices. The logic function of AND, NAND, OR, NOR is realized by using the phenomenon that the magnetization combination of MRAM cell is switched between parallel and antiparallel by the induction magnetic field generated by two input currents.

도 1은 종래의 MRAM 셀 구조를 이용한 자기논리소자를 개략적으로 도시한 구조도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 MRAM 셀을 이용한 논리소자는 스페이스 층(절연층;S)을 기준으로 상층과 하층에 소프트 자성층(5)과 하드 자성층(3)으로 형성되어 상대적 자화 방향에 따른 자기저항을 센싱하는 역할을 수행하는 자성층으로 구성되어있다. 구체적으로는 기판(1) 상에 형성되는 전류라인(output;D)과 절연층(2), 상기 절연층(2) 상에 형성되는 하드자성체층(3), 상기 하드자성체층의 상부에 형성되는 스페이스층(절연막;S)과 상기 스페이스층(S)에 형성되는 소프트자성체층(5)을 구비하며, 상기 소프트자성체층(5)의 상부에는 또 다른 절연막(6, 7, 8)과 전류입력라인(Input;A,B,C)가 구비된다. 물론 각각의 전류라인 사이에 상기 절연막층(3, 7, 8)이 형성된다. 여기서, 상기 두 입력 값에 따라 변하는 소프트 자성층 및 하드 자성층의 상대적 자기저항 변화를 감지함으로써 논리값을 읽게 된다.1 is a structural diagram schematically showing a magnetic logic device using a conventional MRAM cell structure. Referring to FIG. 1, a logic device using a conventional MRAM cell is formed of a soft magnetic layer 5 and a hard magnetic layer 3 on an upper layer and a lower layer with respect to a space layer (insulation layer; S), and according to a relative magnetization direction. It is composed of a magnetic layer that serves to sense resistance. Specifically, a current line (D) formed on the substrate 1, an insulating layer 2, a hard magnetic layer 3 formed on the insulating layer 2, and an upper portion of the hard magnetic layer are formed. A space layer (insulation film) S and a soft magnetic layer 5 formed on the space layer S, and another insulating film 6, 7, 8 and a current on the soft magnetic layer 5. Input lines A, B, and C are provided. Of course, the insulating film layers 3, 7, 8 are formed between the respective current lines. Here, the logic value is read by detecting a change in relative magnetoresistance of the soft magnetic layer and the hard magnetic layer that change according to the two input values.

그러나, 상기와 같은 종래의 MRAM 소자는 스핀밸브를 구성하는 여러 자성층과 두 입력 선과 더불어, NOT 역할을 수행하는 전류 층이 더해져서 스핀 밸브에 더붙여 다중층의 복잡한 구조를 가짐으로써 공정상의 어려움과 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.However, such a conventional MRAM device has a complicated structure of multiple layers by adding a magnetic layer constituting a spin valve and two input lines, and a current layer that performs a NOT role to attach to the spin valve, thereby having a complicated structure of multiple layers. There was a problem of low productivity.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안정한 다중 홀저항 상태를 가지는 자성체 단일층 이용하여 소자의 두께를 줄일 수 있으며 제조 공정을 단축시켜 공정 효율성을 높일 수 있는 자기 논리소자를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to reduce the thickness of the device by using a magnetic monolayer having a stable multi-hole resistance state and to increase the process efficiency by shortening the manufacturing process To provide a logic element.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 기본적으로 대칭성이 있는 결정구조를 갖는 기판상에 절연막으로 이격되는 적어도 1 이상의 전류라인을 구비하되, 상기 기판과 각각의 전류라인 사이에 강자성체층이 배치되는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자를 제공한다. 이 경우 상기 강자성체 층은 자화 방향에 따라 각기 다른 평면 홀 저항 혹은 터넬링 비등방저항을 통해 논리값을 센싱하는 다축이방성이 강한 강자성체 층인 것이 바람직하다.The configuration of the present invention for achieving the above object is basically provided with at least one current line spaced apart by an insulating film on a substrate having a symmetric crystal structure, a ferromagnetic layer between the substrate and each current line Provided is a magnetic logic device using a multi-axis magnetic material single layer, characterized in that disposed. In this case, the ferromagnetic layer is preferably a multi-axial anisotropic ferromagnetic layer that senses logic values through different planar hole resistances or tunneling anisotropy resistances depending on the magnetization direction.

제 1실시예에 따른 강자성 물질의 이중 저항 상태를 이용한 자기 논리 소자는 대칭성이 있는 결정구조를 갖는 기판과 상기 기판 상에 형성되고, 이중 평면 홀 저항 통해 논리정보를 센싱하는 강자성체층과 상기 강자성체층 상에 형성된 절연막과 상기 절연막 상에 형성된 제 1전류라인 (negation)과 상기 제 1전류라인 상에 형성된 절연막 및 상기 절연막 상에 형성된 제 2전류라인(입력 A)을상기 제 2전류라인 상에 형성된 절연막 및 상기 절연막 상에 형성된 제 3전류라인(입력 B)을포함하는 것을 특징으로 한다.A magnetic logic device using a dual resistance state of a ferromagnetic material according to the first embodiment is formed on a substrate having a symmetrical crystal structure and the substrate, and a ferromagnetic layer and the ferromagnetic layer that sense logic information through a double planar hole resistance. An insulating film formed on the insulating film, a first current line (negation) formed on the insulating film, an insulating film formed on the first current line, and a second current line (input A) formed on the insulating film formed on the second current line And an insulating film and a third current line (input B) formed on the insulating film.

그리고, 본 발명의 제 2실시예에 따른 강자성 물질의 이중 터넬링 비등방 자기 저항 값을 이용한 자기 논리 소자는 정방형 결정성을 갖는 기판과 상기 기판 상에 형성된 제 1전류라인과 그 위에 형성되는 절연막, 상기 절연막 위에 형성되는 이중 터넬링 비등방 저항 값을 갖는 강자성체 층과 상기 강자성체 층에 형성된 절연막과 상기 절연막 상에 형성된 제2 전류라인과 상기 제2 전류라인 상에 형성된 절연막과 상기 절연막 상에 형성된 제 3전류라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the magnetic logic device using the double tunneling anisotropic magnetoresistance value of the ferromagnetic material according to the second embodiment of the present invention includes a substrate having a square crystallinity, a first current line formed on the substrate, an insulating film formed thereon, A ferromagnetic layer having a double tunneling anisotropic resistance value formed on the insulating film, an insulating film formed on the ferromagnetic layer, a second current line formed on the insulating film, an insulating film formed on the second current line, and a third formed on the insulating film It characterized in that it comprises a current line.

물론 본 발명은 상기 제1 내지 제3 전류라인 사이에 상술한 강자성체층을 구비하는 구조를 포함하는 실시예를 더 포함할 수 있다. 나아가 기판상에 절연막으로 이격되어 순차 적층되는 제1 내지 제3 전류라인을 구비하고, 상기 제3전류라인 상에 상기 강자성체 층을 구비하는 구조도 형성시킬 수 있다.Of course, the present invention may further include an embodiment including a structure having the above-described ferromagnetic layer between the first to third current lines. Furthermore, a structure including first to third current lines sequentially spaced apart from the insulating film on a substrate and having the ferromagnetic layer formed on the third current line may be formed.

상술한 구조의 본 발명에 따른 자기논리소자는 최상층에 보호막을 더 포함하여 형성될 수 도 있다.The magnetic logic device according to the present invention having the above-described structure may be formed by further including a protective film on the uppermost layer.

여기서, 상기 강자성체 층은 논리 기능 동작시 상기 제 2 전류라인 (입력 A) 과 제 3 전류라인 (입력 B)에 펄스 형태로 전류를 인가하여 유도 자기장을 형성하고 자기장의 방향(Ø)과 세기(M)에 따라 다축 자기 이방성을 갖는 강자성 재료의 자화축 간의 전환이 일어나, 각 자화축에서 각기 다른 값을 갖는 평면 홀 저항과 및 터넬링 비등방 자기저항 등으로 저항 값을 읽어 논리 기능을 수행 하는 것을 특징으로 한다.In this case, the ferromagnetic layer forms an induced magnetic field by applying a current in the form of a pulse to the second current line (input A) and the third current line (input B) during a logic function operation, and the direction (Ø) and intensity ( According to M), the switching between the magnetization axes of ferromagnetic materials with multi-axis magnetic anisotropy occurs, and the logic function is read out by using planar hole resistance and tunneling anisotropic magnetoresis with different values in each magnetization axis. It features.

또한, 상기 강자성체층은 논리값의 읽기(Read) 동작시 강자성체 층에 센싱 전류를 흘려보내서 저장된 평면 홀 저항 또는 터넬링 비등방 자기저항 값을 읽는 것을 특징으로 한다.In addition, the ferromagnetic layer is characterized in that the reading of the stored planar Hall resistance or tunneling anisotropic magnetoresistance by sending a sensing current to the ferromagnetic layer during the read operation of the logic value.

즉, 상술한 본 발명에 따른 상기 자기논리소자는 상기 강자성체층 자체에서 평면 홀저항을 측정하거나, 강자성체층과 하나의 절연체를 사이에 두고 이웃한 전류라인 사이의 터넬링 비등방 자기저항을 측정하여 논리값을 센싱하는 것을 특징으로 한다.That is, the magnetic logic device according to the present invention described above measures logic by measuring planar hole resistance in the ferromagnetic layer itself, or measuring tunneling anisotropic magnetoresistance between adjacent current lines with a ferromagnetic layer and one insulator interposed therebetween. It is characterized by sensing the value.

그리고, 상기 평면 홀 저항 값은 하기의 수학식에 의해 측정될 수 있다. In addition, the plane hole resistance value may be measured by the following equation.

{식 1}{1}

(여기서, k는 전류의 방향이 자화방향과 수직일 때와 평행일 때 비저항 값의 차이 이며, t는 시료의 두께 이다.

는 자화가 박막 시료면 안에서 전류방향과 이루는 각이다.)Where k is the difference in resistivity values when the direction of current is perpendicular to and parallel to the magnetization direction, and t is the thickness of the sample.

Is the angle between magnetization and current direction in the thin film sample plane.)

나가아, 상술한 강자성체층은 Fe, Co, Ni, Cr, permalloy, heusler alloy 등에서 선택되는 강한 다축이방성을 갖는 자성체이거나, 갈륨망간아세네이드(GaMnAs), 게르마늄망간(GeMn) 중에서 선택되는 강한 다축이방성을 갖는 강자성 반도체로 형성시킬 수도 있다.Naga, the above-described ferromagnetic layer is a magnetic material having a strong polyaxial anisotropy selected from Fe, Co, Ni, Cr, permalloy, heusler alloy, etc., or a strong polyaxial anisotropy selected from gallium manganese arsenide (GaMnAs) and germanium manganese (GeMn). It can also be formed from a ferromagnetic semiconductor having.

또한, 본 발명에 따른 자기논리소자는 3개의 전류라인으로 형성되는 실시예의 변형례로서, 2개의 전류입력라인을 조합하여 Negation 기능을 수행하도록 하는 구조로도 상술한 자기논리소자의 배치구조를 변형시킬 수 있다. 즉, 기판상에 절연막으로 이격되는 2개의 전류라인을 구비하고, 상기 2개의 전류라인의 조합으로 논 리부정(Negation) 기능을 수행하며, 상기 기판 또는 상기 2개의 전류라인 사이에 하나의 강자성체 층을 배치하여 동일한 기능을 수행하는 구조로 형성할 수 도 있다.In addition, the magnetic logic device according to the present invention is a modification of the embodiment formed of three current lines, and the structure of the above-described magnetic logic device is modified to combine the two current input lines to perform the Negation function. You can. That is, two current lines spaced apart from each other by an insulating film on the substrate, and a combination of the two current lines to perform a logic negative function, one ferromagnetic layer between the substrate or the two current lines It may be formed into a structure to perform the same function by placing.

본 발명에 따르면, 강자성 물질의 다중 자화 상태를 이용한 자기 논리 소자는 강자성체의 우수한 다축 이방성 특성을 이용하여 단일 강자성체 층을 이용 자기 논리 소자를 구현할 수 있으므로 전체 기억 소자의 구조를 간단히 함으로써 공정의 효율성을 높일 수 있으며 고집적화가 가능한 탁월한 효과가 발생한다.According to the present invention, the magnetic logic device using the multiple magnetization state of the ferromagnetic material can implement the magnetic logic device using a single ferromagnetic layer using the excellent multiaxial anisotropy of the ferromagnetic material, thereby simplifying the structure of the entire memory device, thereby improving the efficiency of the process. It has an excellent effect that can be increased and highly integrated.

이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 도면 및 실시예를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the specific configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and the embodiments.

본 발명은 정방형 결정 구조를 갖는 기판상에 절연막으로 이격되는 3개의 전류라인(제1전류라인, 제2전류라인, 제3전류라인)을 구비하되,상기 기판과 각각의 전류라인 사이에 단 하나의 강자성체층이 배치되는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자를 제공하는 것을 그 요지로 한다. 종래의 복잡한 구조의 자기 논리소자의 구조에서 탈피하여 하나의 강자성체층을 구비한 구조로 형성함으로써, 안정한 다중 홀저항 상태를 구비한 경박단소한 자기논리소자를 제공할 수 있게 된다.The present invention includes three current lines (first current line, second current line, and third current line) spaced apart by an insulating film on a substrate having a square crystal structure, with only one between the substrate and each current line. Summary of the Invention It is an object of the present invention to provide a magnetic logic device using a multi-axial magnetic material monolayer, wherein the ferromagnetic layer is disposed. It is possible to provide a light and simple magnetic logic device having a stable multi-hole resistance state by forming a structure having one ferromagnetic layer away from the structure of a conventional magnetic logic device having a complicated structure.

도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 자기 기억 소자를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 다른 실시예에 따른 자기 기억 소자 를 개략적으로 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing a magnetic memory device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views schematically showing a magnetic memory device according to another embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 자기 논리소자는 기판상에 절연막으로 이격되는 적어도 1이상의 전류라인을 구비하되, 상기 기판 또는 각각의 전류라인 사이에 하나의 강자성체층을 배치하고, 상기 강자성체층 자체에서 평면 홀저항을 측정하거나, 강자성체층과 하나의 절연체를 사이에 두고 이웃한 전류라인 사이의 터넬링 비등방 자기저항을 측정하여 논리값을 센싱하는 것을 특징으로 하여 구성된다. 상기 다수의 전류라인은 바람직하게는 3개의 전류라인을 형성하고, 하나는 제1전류라인(Negation)으로 다른 두 개(제2 및 제3전류라인)는 입력라인으로 형성할 수 있다. The magnetic logic device according to the present invention includes at least one current line spaced apart by an insulating film on a substrate, and arranges one ferromagnetic layer between the substrate or each current line, and provides a planar hole resistance in the ferromagnetic layer itself. Or a logic value is sensed by measuring a tunneling anisotropic magnetoresistance between adjacent current lines with a ferromagnetic layer and one insulator interposed therebetween. The plurality of current lines preferably form three current lines, one of which is a first current line (Negation) and the other two (second and third current lines) may be formed as an input line.

또는, 2개의 전류라인을 구비하는 구조로 변형하여 제 1전류라인(Negation)에 의해 수행되는 Negation 역할은 제 2전류라인과 제 3전류라인의 조합으로 수행이 가능하며, 기판상에 절연막으로 이격되는 2개의 전류라인을 구비하고, 상기 기판 또는 각각의 전류라인 사이에 하나의 강자성체층을 배치하는 것을 특징으로 구조로 변형하여 적용하는 것도 가능하다.Alternatively, the role of Negation performed by the first current line (Negation) by transforming into a structure having two current lines can be performed by the combination of the second current line and the third current line, spaced apart by an insulating film on the substrate It is also possible to have two current lines, and one ferromagnetic layer is disposed between the substrate or each current line.

이하에서는 상술한 구조 중 3개의 전류라인을 구비하는 구조를 바람직한 일 실시예로서 설명하기로 한다.Hereinafter, a structure having three current lines of the above-described structure will be described as a preferred embodiment.

도 2을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 자기 논리 소자는 기판(110)과 상기 기판(110) 상에 형성된 강자성체층(120)과 상기 강자성체층(120) 상에 형성된 제1절연막(130)과 상기 제1절연막(130) 상에 형성된 제 1전류라인(140)과 상기 제 1전류라인(140) 상에 형성된 제2절연막(150)과 상기 제2절연막(150) 상에 형성된 제 2전류라인(160)과 상기 제 2전류라인(160)상에 형성된 제3 절연막(170)과 상기 제3절연막(170) 상에 형성된 제 3전류라인(180)과 상기 제 3전류라인(180)으로 형성될 수 있다. 물론 이 경우 상기 제3전류라인 상에는 형성된 보호막(170)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the magnetic logic device according to the first exemplary embodiment of the present invention may include a substrate 110, a ferromagnetic layer 120 formed on the substrate 110, and a first ferromagnetic layer 120 formed on the ferromagnetic layer 120. On the insulating film 130 and the first current line 140 formed on the first insulating film 130, on the second insulating film 150 and the second insulating film 150 formed on the first current line 140. The third current line 160 formed on the second current line 160, the third current line 180 formed on the second current line 160, and the third current line 180 and the third current line formed on the third insulating film 170. It may be formed of (180). In this case, the protective film 170 may be formed on the third current line.

도 3a을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기 기억 소자는 제 1실시예와은 달리 강자성체 층이 제1 전류라인과 제2 전류라인 사이에 배치되는 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로는 기판(210)과 상기 기판(210) 상에 형성된제 1전류라인(140)과 상기 제 1전류라인(220) 상에 형성된 제1절연막(230)과 상기 제1절연막(230) 상에 형성된 강자성체층(240)과 상기 강자성체층(240) 상에 형성된 제2절연막(250)과 상기 제2절연막(250) 상에 형성된제 2전류라인(260)과 상기 제 2전류라인(260) 상에 형성된 제3절연막(270)과 상기 제3절연막(270) 상에 형성된 제 3전류라인(280)으로 형성될 수도 있다. 역시 이 경우에 상기 제 3전류라인(280) 상에 형성된 보호막(290)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3A, unlike the first embodiment, the magnetic memory device according to the second embodiment of the present invention may have a structure in which a ferromagnetic layer is disposed between the first current line and the second current line. Specifically, the substrate 210 and the first current line 140 formed on the substrate 210 and the first insulating film 230 and the first insulating film 230 formed on the first current line 220. The ferromagnetic layer 240 formed on the second ferromagnetic layer 240 and the second insulating film 250 formed on the ferromagnetic layer 240 and the second current line 260 and the second current line 260 formed on the second insulating film 250. It may be formed of a third insulating film 270 formed on the third current line 280 formed on the third insulating film 270. In this case, the protection layer 290 may be formed on the third current line 280.

또한, 도 3b 또는 도 3c는 상술한 본발명의 실시예와는 다른 구조로, 도 3b는 강자성체 층이 제2전류라인과 제3전류라인 사이에 배치되는 구조이며, 도 3c는 강자성체 층이 제3류라인의 상부에 형성되는 구조로 배치될 수 있다. 물론 이 경우에 각각의 전류라인과 강자성체 층은 절연막으로 이격됨이 바람직하다.In addition, Figure 3b or 3c is a structure different from the embodiment of the present invention described above, Figure 3b is a structure in which a ferromagnetic layer is disposed between the second current line and the third current line, Figure 3c is a ferromagnetic layer is made of It may be arranged in a structure formed on the upper portion of the third flow line. In this case, of course, each current line and the ferromagnetic layer are preferably separated by an insulating film.

구체적으로는 도 3b에 게시된 것 처럼, 기판(310), 제1전류라인(320), 제1절연막(330), 제2전류라인(340), 제2절연막(350), 강자성체층(360), 제3절연막(370), 제3전류라인(380)이 순차적으로 적층되는 구조로, 상기 강자성체층(360)이 제2 전류라인과 제3전류라인 사이에 배치되는 구조이거나, 도 3c 처럼, 기판(410), 제1전 류라인(420), 절연막(430), 제2전류라인(440), 절연막(450), 제3전류라인(460), 절연막(470), 강자성체층(480), 보호막(490) 순으로 적층되는 구조로 이루어질 수도 있다.Specifically, as shown in FIG. 3B, the substrate 310, the first current line 320, the first insulating layer 330, the second current line 340, the second insulating layer 350, and the ferromagnetic layer 360 ), The third insulating layer 370 and the third current line 380 are sequentially stacked, and the ferromagnetic layer 360 is disposed between the second current line and the third current line, or as shown in FIG. 3C. , Substrate 410, first current line 420, insulating film 430, second current line 440, insulating film 450, third current line 460, insulating film 470, ferromagnetic layer 480 ), The protective film 490 may be stacked in this order.

이 경우 본 발명에 따른 상기 자기논리소자는 상기 강자성체층 자체의 평면 홀저항을 측정하거나, 강자성체층과 하나의 절연체를 사이에 두고 이웃한 상기 제1 또는 제2 전류라인 사이의 터넬링 비등방 자기저항 상태를 측정하여 논리값을 센싱하는 것을 특징으로 한다.In this case, the magnetic logic device according to the present invention measures the planar Hall resistance of the ferromagnetic layer itself, or tunneling anisotropic magnetoresistance between the ferromagnetic layer and the adjacent first or second current line with one insulator therebetween. The logic value is sensed by measuring a state.

여기서, 본 발명에 따른 기판은 바람직하게는 대칭성이 있는 결정구조를 가지는 것이 바람직하다. 일례로는 정방형 결정 구조를 갖는 기판을 (예, GaAs) 사용하여 여기에 성장된 강자성체 층 (120, 240)은 자성체 박막에 강한 양축 이방성이 주어져 4개의 안정한 자화 방향이 가능하도록 하며, 자화 방향에 따른 이중 평면 홀 저항 터넬링 비등방 자기저항 상태를 이용하여 논리 기능을 수행 하고 센싱하는 역할을 담당한다.Here, the substrate according to the present invention preferably has a symmetric crystal structure. For example, the ferromagnetic layers 120 and 240 grown using a substrate having a square crystal structure (e.g., GaAs) are provided with strong biaxial anisotropy in the magnetic thin film to enable four stable magnetization directions. Dual planar Hall resistance tunneling is responsible for sensing and performing logic functions using anisotropic magnetoresistance.

상기 강자성체 층(120, 240)은 다축 자기 이방성 특성이 강한 자성물질인 Fe, Co, Ni, permalloy, heusler alloy 등의 자성체 또는 갈륨망간아세네이드(GaMnAs), GeMn 등과 같은 강자성반도체로 구성될 수 있다.The ferromagnetic layers 120 and 240 may be made of a magnetic material such as Fe, Co, Ni, permalloy, heusler alloy, or a ferromagnetic semiconductor such as gallium manganese arsenide (GaMnAs) or GeMn, which is a magnetic material having strong multiaxial magnetic anisotropy. .

이하, 자기 논리 소자의 구조는 당업자에게 자명하므로 일반적인 자기 논리 소자 구성에 대한 설명은 생략하고 본 발명의 핵심에 해당하는 강자성체층의 구성 및 작용에 대해 중점적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, since the structure of the magnetic logic device will be apparent to those skilled in the art, the description of the general magnetic logic device configuration will be omitted, and the configuration and operation of the ferromagnetic material layer corresponding to the core of the present invention will be described.

본 발명은 다중층의 복잡한 MRAM 구조를 이용한 자기 논리 소자를 개선하는 방안으로 스핀밸브 구조의 GMR, 혹은 TMR 효과를 대신하여, 다축이방성이 강한 자성체에서 나타나는 평면홀효과(PHE) 혹은 터넬링 비등방 자기 저항(Tunneling anisotropic magnetoresistance)을 이용한다.The present invention is a method for improving a magnetic logic device using a complex MRAM structure of multiple layers. Instead of the GMR or TMR effect of the spin valve structure, the planar hole effect (PHE) or tunneling anisotropic magnetism appeared in a magnetic body having strong axial anisotropy. Tunneling anisotropic magnetoresistance is used.

보다 구체적으로, 단일 도메인 상태는 강자성 재료의 자화가 모두 같은 방향을 향하고 있는 상태를 나타내며, 대부분의 강자성 재료는 이러한 상태를 가질 수 있다. 특히, 양축 자기 이방성(biaxial magnetic anisotropy)을 갖는 강자성체인 경우에는 평면에서 4방향의 자화 방향을 가질 수 있다.More specifically, the single domain state represents a state in which the magnetizations of the ferromagnetic materials are all pointing in the same direction, and most ferromagnetic materials may have this state. In particular, in the case of a ferromagnetic material having biaxial magnetic anisotropy, it may have a magnetization direction in four directions in a plane.

도 4는 양축이방성을 갖는 강자성체가 자기에너지가 최소가 되는 각도에서 네개의 자화 방향을 나타내는 것을 도시한 것이고, 도 5는 양축자기 이방성을 갖는 강자성 물질이 박막 평면상에 인가된 자기장에 대하여, 자기단일 도메인 상태에서 외부 자기장 스캔시 자화방향에 따라 평면홀 저항(혹은 터넬링 비등방 자기저항) 값이 변하는 이력 곡선을 개략적으로 도시한 것이다.(터넬링 비등방 자기저항의 경우도 도 5에 보인 평면 홀 저항과 같은 이력 곡선을 보이므로 구체적인 논리기능은 평면 홀 효과를 이용하여 설명하기로 한다.)FIG. 4 shows a ferromagnetic material having biaxial anisotropy showing four magnetization directions at an angle at which magnetic energy is minimum, and FIG. 5 shows a magnetic field with respect to a magnetic field in which a ferromagnetic material having biaxial magnetic anisotropy is applied on a thin film plane. The hysteresis curve of the planar hole resistance (or tunneling anisotropy magnetoresistance) changes in accordance with the magnetization direction when scanning the external magnetic field in the single domain state. (The planar hole shown in FIG. 5 also shows the tunneling anisotropic magnetoresistance.) Since the hysteresis curve is the same as the resistance, the specific logic function will be described using the plane hole effect.)

여기서, 도 5의 가는 화살표는 자기장 스캔 방향을 나타내며, 굵은 화살표는 각 저항 상태에 대응되는 자화 방향을 나타낸다.Here, the thin arrow of FIG. 5 represents the magnetic field scan direction, and the thick arrow represents the magnetization direction corresponding to each resistance state.

도 5를 참조하면, 높은 저항의 두 자화 상태

와 저항값이 작은 두 자화 상태

를 두 논리 상태 “0” 와 ‘1” 로 정의 할 수 있어 이를 논리 기능에 이용 할 수 있다.5, two magnetization states of high resistance

Magnetization states with low resistance

Can be defined as two logic states “0” and “1”, which can be used for logic functions.

이는, 종래의 자성체 삼중층 구조로 이루어진 스핀밸브 구조에서 얻을 수 있는 4개의 조합 {예를 들어, 높은 저항 상태

과 , 낮은 저항 상태

}에 대응되는 상태를 단일의 강자성체 층으로 구현할 수 있는 효과가 발생한다.This is due to the four combinations {e.g., high resistance state obtained from a spin valve structure of a conventional magnetic triple layer structure.

And, low resistance state

} The effect of implementing the state corresponding to a single ferromagnetic layer.

도 5의 평면 홀 저항의 변화를 참조하면, 도 6에서와 같이 입력 전류 펄스에 의해 발생되는 유도자기장 크기에 따른 입력 논리 값과 자화 방향에 따라 다르게 측정되는 홀 저항에 의한 출력 논리 값을 정의 할 수 있다.Referring to the change in the planar Hall resistance of FIG. 5, as shown in FIG. 6, an input logic value according to the magnitude of the induced magnetic field generated by the input current pulse and an output logic value due to the hall resistance measured differently according to the magnetization direction may be defined. Can be.

이때 H_Low와 H_High는 아래와 같은 {식 2}의 조건1), 조건 2), 조건 3)을 만족하는 값으로 택한다.At this time, H _Low and H _High are selected as values satisfying condition 1), condition 2) and condition 3) of {Equation 2} as below.

{식 2}{Equation 2}

위와 같이 두 입력 전류 펄스에 의해서 유도되는 자기장의 크기가 정의된 상태에서 소자의 논리 기능은 아래와 같이 수행된다.With the magnitude of the magnetic field induced by the two input current pulses defined above, the logic function of the device is performed as follows.

1. AND 기능1. AND function

먼저 두 입력 A와 B에 순차적으로

를 가하여 소자의 자화 방향을 [010]로 향하도록 (즉,

) 초기화 한다. 이 자화상태는 도 5와 도 7에서 보듯이 높은 홀 저항 상태로서 논리 값 “0” 인 상태이다. 이제, 두 입력 단자 (A, B) 에 입력 논리 값 0을 나타내는 전류펄스 I_Low가 동시에 입력되면 (즉, (0,0) 입력) 대응되는 유도자기장 H_Low+H_Low 가 소자에 인가되게 된다. 이 경우, 상기 {식 2}의 조건 1)번에 의하여 자화 방향은 변하지 않고 논리값 “0” 상태에 그대로 남아있게 된다. 두 입력 단자 (A, B)에 다른 논리 값 (0, 1) 혹은 (1, 0)을 나타내는 전류펄스 ( I_Low, I_High )혹은 (I_High ,I_Low )가 동시에 입력되면 대응되는 유도자기장 H_Low+H_High가 소자에 인가되게 된다. 이 경우, 상기 {식 2}의 조건 2)번에 의하여 자화 방향이 변하지 않고 논리값 “0” 상태에 그대로 남아 있게 된다. 이제, 두 입력 단자 (A, B)에 논리 값 1을 나타내는 전류펄스 (I_High ,I_High )가 동시에 입력되면 대응되는 유도자기장 H_High+H_High가 소자에 인가되게 된다. 이 경우, 상기 {식 2}의 조건 3)번과 도 5를 보면 자화 방향이 [010]에서 시계방향으로 회전하여 소자의 자화 방향은 [100] 방향으로 놓이게 되고, 낮은 홀저항 값을 주는 자화 방향이 되어 출력논리 값은 “1”로 바뀌게 된다. 즉, 두 입력단자 A와 B에 논리값 “1”에 해당하는 전류펄스가 동시에 인가되는 경우만 출력 논리값 “1”에 해당 하는 자화상태가 되어 이 소자는 도 8과 같이 이진법 연산의 AND 기능을 수행하게 된다. First with two inputs A and B

To direct the device's magnetization direction to [010] (i.e.

) Initialize. This magnetization state is a high Hall resistance state as shown in Figs. Now, when the current pulse I _Low representing the input logic value 0 is input to both input terminals (A, B) at the same time (ie, (0,0) input), the corresponding induction magnetic field H _Low + H _Low is applied to the device. . In this case, the magnetization direction is not changed by condition 1) of {Formula 2} and remains in the logic value "0" state. When the current pulses (I _Low , I _High ) or (I _High , I _Low ) representing different logic values (0, 1) or (1, 0) are simultaneously input to both input terminals (A, B), the corresponding induction magnetic field H _Low + H _High is applied to the device. In this case, the magnetization direction is not changed by condition 2) of {Formula 2} and remains in the logical value "0" state. Now, when the current pulses I _High and I _High representing the logic value 1 are simultaneously input to both input terminals A and B, the corresponding induction magnetic field H _High + H _High is applied to the device. In this case, as shown in condition 3) of FIG. 2 and FIG. 5, the magnetization direction is rotated clockwise from [010] so that the magnetization direction of the device is in the [100] direction, and the magnetization gives low Hall resistance. Direction, the output logic value changes to “1”. That is, only when the current pulse corresponding to the logic value "1" is applied to the two input terminals A and B at the same time, the magnetization state corresponding to the output logic value "1" becomes the magnetization state of the binary operation as shown in FIG. Will be performed.

2. NAND 기능:2. NAND function:

NAND 논리는 AND 논리의 결과를 반대로 해주는 논리이다. 따라서 AND 결과에서 얻어진 [010] (논리값 “0”) 혹은 [100] (논리값 “1”) 방향의 자화를 90도 회전 시키면 반대의 논리값이 얻어진다. AND 논리에 대한 이러한 인버터 기능은[010] 와 [100] 방향에 있던 자화 방향에 두 입력 A와 B를 이용

이 유도 되는 전류펄스를 H_N가해주면 도 9에 있는 minor loop와 자화 전환을 점선 화살표로 표시한 것처럼 반시계 혹은 시계 방향으로 90도 회전하여

방향으로 전환되어 AND 결과에 대한 반대 논리값을 준다. 이러한 NAND 논리의 결과는 AND와 함께 도 8에 정리하였다.NAND logic is the logic that reverses the result of AND logic. Therefore, if the magnetization in the direction of [010] (logical value “0”) or [100] (logical value “1”) obtained from the AND result is rotated by 90 degrees, the opposite logic value is obtained. This inverter function for AND logic uses two inputs A and B for the magnetization directions that were in the [010] and [100] directions.

When this induced current pulse is applied to H _N , the minor loop and magnetization transition in FIG. 9 are rotated 90 degrees counterclockwise or clockwise as indicated by the dotted arrow.

The direction is reversed, giving the opposite logic of the AND result. The result of such NAND logic is summarized in FIG. 8 together with AND.

3. OR 기능3. OR function

먼저 두 입력 A와 B에 순차적으로

를 가하여 소자의 자화 방향을

로 향하도록 (즉,

) 초기화 한다. 이 상태는 도 5와 도 10에서 보듯이 높은 홀 저항 상태로서 논리 값 “0” 인 상태이다.First with two inputs A and B

To add the direction of magnetization

(Ie.

) Initialize. This state is a high Hall resistance state, as shown in Figs. 5 and 10, which is a logic value of "0".

두 입력 단자 (A, B) 에 논리 값 (0,0)을 나타내는 전류펄스 I_Low 가 동시에 입력되면 대응되는 유도자기장 H_Low+H_Low가 소자에 인가되게 된다. 이 경우, 상기 {식2}의 조건 1)번에 의하여 자화 방향은 변하지 않고 논리값 “0” 상태에 그대로 남아있게 된다. 이제, 두 입력 단자 (A, B)에 다른 논리 값 (0, 1)혹은 (1, 0)을 나 타내는 전류펄스 (I_Low ,I_High )혹은 (I_High , I_Low)가 동시에 입력되면 대응되는 유도자기장 H_Low+H_High가 소자에 인가되게 된다.When the current pulse I _Low representing the logic value (0,0) is simultaneously input to both input terminals (A, B), the corresponding induction magnetic field H _Low + H _Low is applied to the device. In this case, the magnetization direction is not changed by condition 1) of the above {formula 2} and remains in the logical value "0" state. Now, if the current pulses (I _Low , I _High ) or (I _High , I _Low ) representing different logic values (0, 1) or (1, 0) are simultaneously input to both input terminals (A, B), The induced magnetic field H _Low + H _High is applied to the device.

이 경우, 상기의 {식 2}의 조건 2)번에 의하여 도 10에 보인 것 처럼 마이너 loop를 따라 자화 방향은

방향에서 반시계방향으로 회전하여 [100] 방향으로 전환되어 작은 홀 저항 값을 주므로 논리값은 “1”에 해당하는 값을 갖게 된다. 이제, 두 입력 단자 A 와 B에 논리 값 1을 나타내는 전류펄스가 동시에 입력되면 대응되는 유도자기장 H_High+H_High가 소자에 인가되게 된다. 이 경우, 상기 {식 2}의 조건 3)번과 도 5와 도 10을 참조하면 자화 방향이 반시계방향으로 회전하게 되어 [100] 방향으로 되어 낮은 홀저항 값을 주는 논리상태 “1”이 된다. 따라서 두 입력단자 A와 B중 어느 한 단자에 논리값 “1”에 해당하는 전류펄스가 입력되는 경우 출력에 논리값 “1”에 해당 하는 자화상태가 되어 이 소자는 아래 도 11에서 처럼 OR 기능을 하게 된다. In this case, the magnetization direction along the minor loop as shown in Figure 10 by the condition 2) of the above {Equation 2} is

It rotates counterclockwise in the direction and changes to the [100] direction to give a small Hall resistance value, so the logic value has a value corresponding to “1”. Now, when the current pulses representing logic value 1 are simultaneously input to both input terminals A and B, the corresponding induction magnetic field H _High + H _High is applied to the device. In this case, referring to condition 3) of {Equation 2} and FIGS. 5 and 10, the magnetization direction is rotated counterclockwise so that the logic state “1” which gives a low Hall resistance value becomes [100]. do. Therefore, if a current pulse corresponding to logic value “1” is input to either of the two input terminals A and B, the magnetization state corresponding to logic value “1” is output to the output. Will be

4. NOR 기능:4. NOR function:

NOR 논리는 OR 논리의 결과를 반대로 해주는 논리이다. 따라서 OR 결과에서 얻어진

(논리값 “0”) 혹은 [100] (논리값 “1”) 방향의 자화를 도 12 에 보인 것 처럼 90도 회전 시키면 반대의 논리값이 얻어진다. OR 논리에 대한 이러한 인버터 기능은 Negation line 에 자화방향이 전환되는 자기장인

펄스를 인가하면 도 12에서 보는 것처럼

는 시계방향으로 회전하여 방향이

되어 논리값은 “1” 이되고 [100] 방향의 자화는 반시계방향으로 회전하여 [010] 되어 OR 논리의 결과가 반대로 되는 도 11에 보인 것 같은 NOR 기능을 얻게 된다.NOR logic is the logic that reverses the result of OR logic. Thus obtained from the OR result

If the magnetization in the direction of (logical value "0") or [100] (logical value "1") is rotated 90 degrees as shown in Fig. 12, the opposite logic value is obtained. This inverter function for OR logic is a magnetic field in which the magnetization direction is switched on the segment line.

Applying a pulse, as shown in Figure 12

Rotate clockwise so that the direction

Thus, the logic value becomes “1” and the magnetization in the [100] direction is rotated counterclockwise to [010] to obtain a NOR function as shown in FIG. 11 in which the result of OR logic is reversed.

결국, 양축 자기 이방성을 갖는 강자성체의 4개의 자화 상태를 이용하면 입력단자의 조합에 따라 AND, NAND, OR, NOR 논리기능을 구현할 수 있으며, 자성체 스핀 밸브 구조보다 훨씬 간단하게 자기 논리소자를 구현할 수 있다.As a result, if the four magnetization states of the ferromagnetic material with biaxial magnetic anisotropy are used, the AND, NAND, OR, and NOR logic functions can be implemented according to the combination of input terminals, and the magnetic logic device can be realized much more simply than the magnetic spin valve structure. have.

-실시예-Example

두 입력 A 와 B는 은 강자성체 층 상에 형성된 두 전류라인을 통하여 들어가고 입력된 전류 펄스에 의하여 발생하는 유도 자기장이 강자성체의 자화 방향을 전환하여 논리기능이 이루어지며, 도 13와 14은 본 발명에 따른 논리소자의 구조를 개략적으로 도시한 구조도이다.The two inputs A and B enter through two current lines formed on the ferromagnetic layer, and the induction magnetic field generated by the input current pulse switches the magnetization direction of the ferromagnetic material, thereby providing a logic function. It is a structural diagram schematically showing the structure of a logic device according to.

도 13 및 도 14을 참조하면, 논리소자용 셀 안에 절연층으로 구별된 두 입력 전류라인이 형성되고, 두 전류라인에 펄스 형태의 입력 전류가 흘러 유도 자기장이 형성되어 셀 안에 자화상태를 전환하여 논리기능을 수행 한다.Referring to FIGS. 13 and 14, two input current lines separated by an insulating layer are formed in a cell for a logic device, and an input magnetic field flows through two current lines to form an induction magnetic field, thereby switching the magnetization state in the cell. Perform logic functions.

다시 말해, 입력 전류를 펄스 형태로 조절하면 전류라인 주위에 유도 자기장을 형성할 수 있으며 전류 펄스에 의해 조절되는 자화 상태에 따라홀 저항 값이 달라짐을 알 수 있다.In other words, it can be seen that when the input current is adjusted in the form of a pulse, an induction magnetic field can be formed around the current line, and the hole resistance value varies according to the magnetization state controlled by the current pulse.

도 13는 본 발명에 따른 출력 측정시 홀 저항값 측정 방법을 도시한 것이고, 도 14은 본 발명에 따른 터넬링 비등방 자기저항 측정 방법을 도시한 것이다.FIG. 13 illustrates a method for measuring a hall resistance value during output measurement according to the present invention, and FIG. 14 illustrates a tunneling anisotropic magnetoresistance measuring method according to the present invention.

도 13 를 참조하면, 십자 모양의 강자성체 층 상에 절연층이 있고 그 위에 제 1 전류라인이 형성되며, 다시 절연층 위에 제 2 전류라인이 형성되며, 다시 절연층 위에 제 3 전류라인이 형성되어 있다.Referring to FIG. 13, an insulating layer is formed on a cross-shaped ferromagnetic layer, a first current line is formed thereon, a second current line is formed on the insulating layer, and a third current line is formed on the insulating layer. have.

제 2 전류라인과 제 3 전류라인에 흐르는 동시에 전류가 중앙의 강자성체 층 영역에 강한 유도 자기장을 형성하여 강자성 재료의 자화 상태를 바꿀 수 있으며, 상기와 같은 방법으로 입력단자의 전류의 크기에 따라 자화상태를 전환 한다.At the same time, the current flows through the second and third current lines to form a strong induction magnetic field in the region of the ferromagnetic layer in the center, thereby changing the magnetization state of the ferromagnetic material. Switch the state.

상기와 같이 전환된 지화 방향은 센싱 전류를 통해 홀 저항 값 또는 터넬링 비등방 자기 저항 값을 크기를 측정하여 논리값을 읽을 수 있다. 따라서, 단일의 강자성체 층으로 논리 기능을 수행할 수 있다.As described above, the branched direction may be read by measuring a magnitude of a Hall resistance value or a tunneling anisotropic magnetoresistance value through a sensing current. Thus, logic functions can be performed with a single ferromagnetic layer.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

도 1은 AND, OR, NAND, NOR 등의 논리 기능 수행이 가능한 종래의 스핀밸브 MRAM 셀 구조를 이용한 자기논리소자를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates a magnetic logic device using a conventional spin valve MRAM cell structure capable of performing logic functions such as AND, OR, NAND, and NOR.

도 2는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 자기 논리 소자를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 다른 실시예에 따른 자기 논리 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing a magnetic logic device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views schematically showing a magnetic logic device according to another embodiment of the present invention.

도 4 는 강한 양축 자기이방성을 갖는 강자성체가 자기에너지가 최소가 되는 각도에서 네개의 자화 방향을 나타내는 것을 도시한 것이다.4 shows that a ferromagnetic material having strong biaxial magnetic anisotropy shows four magnetization directions at an angle at which magnetic energy is minimum.

도 5는 자성 박막 평면에서 <100> 방향으로 4개의 자화방향을 갖는 강자성 물질의 외부 자기장을 기판 평면 상에서 스캔시 4개의 자화방향에 따라 평면홀 저항 값 혹은 터넬링 비등방 자기저항 값이 변하는 이력 곡선을 개략적으로 도시한 것이다. 5 is a hysteresis curve in which the plane hole resistance value or the tunneling anisotropy magnetoresistance value is changed according to the four magnetization directions when the external magnetic field of the ferromagnetic material having four magnetization directions in the <100> direction on the magnetic thin film plane is scanned on the substrate plane. It is shown schematically.

도 6은 입력 전류에 대응되는 유도자기장 및 논리값과 자화 방향에 따라 다르게 측정되는 홀 저항에 의한 출력 논리 값을 나타낸 표이다. FIG. 6 is a table illustrating output logic values by induction magnetic fields and logic values corresponding to input currents and hall resistances measured differently according to magnetization directions.

도 7은 [010] 결정 방향에 있는 자화가 입력 전류펄스에 의한 자기장에 의해 minor loop를 따라 방향이 전환되는 과정을 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates a process in which magnetization in the [010] crystal direction is redirected along the minor loop by a magnetic field caused by an input current pulse.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 AND와 NAND 기능을 주는 논리 값과 대응되는 자화상태를 도시한 것이다.8 illustrates a magnetization state corresponding to a logic value giving AND and NAND functions according to a preferred embodiment of the present invention.

도 9은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 NAND 기능 수행 시 유도 자기장에 의해 minor loop를 따라 방향이 전환되는 과정을 도시한 것이다.FIG. 9 illustrates a process of changing direction along a minor loop by an induced magnetic field when performing a NAND function according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 10은 [0-10]방향에 있는 자화가입력 전류펄스에 의한 자기장에 의해 minor loop를 따라 방향이 전환되는 과정을 도시한 것이다.FIG. 10 illustrates a process in which magnetization in the [0-10] direction is switched along a minor loop by a magnetic field caused by an input current pulse.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 OR와 NOR 기능을 주는 논리 값과 대응되는 자화상태를 도시한 것이다.11 illustrates a magnetization state corresponding to a logic value for providing an OR and a NOR function according to an exemplary embodiment of the present invention.

도12 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 NOR 기능 수행 시 유도 자기장에 의해 minor loop를 따라 방향이 전환되는 과정을도시한 것이다.12 is a diagram illustrating a process of changing direction along a minor loop by an induced magnetic field when performing a NOR function according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 13는 본 발명에 따른 평면 홀 저항값 측정 방법을 도시한 것이고, 도 14는 본 발명에 따른 터넬링 비등방자기 저항값 측정 방법을 도시한 것이다.FIG. 13 illustrates a planar hole resistance measuring method according to the present invention, and FIG. 14 illustrates a tunneling anisotropic magnetic resistance measuring method according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

110 : 기판 120 : 강자성체 층110 substrate 120 ferromagnetic layer

130 : 절연막 140 : 제 1 전류라인 (Negation)130 insulating film 140 first current line (Negation)

150 : 절연막 160 : 제 2 전류라인 (Input A)150: insulating film 160: second current line (Input A)

170 : 절연막 180 : 제 3 전류라인 (Input B)170: insulating film 180: third current line (Input B)

190 : 보호막190: protective film

Claims (11)

대칭성 있는 결정구조를 갖는 기판;A substrate having a symmetrical crystal structure; 상기 기판상에 구비되고, 각각 절연막으로 이격되는 3개의 전류라인;Three current lines provided on the substrate and spaced apart from each other by an insulating film; 하나의 강자성체 층; 을 포함하고,One ferromagnetic layer; Including, 상기 강자성체 층은 Fe, Co, Ni, Cr, permalloy, heusler alloy 에서 선택되는 강한 다축이방성을 갖는 자성체, 또는 게르마늄망간(GeMn)을 포함하는 강한 다축 이방성을 갖는 강자성 반도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자.The ferromagnetic layer is a multi-axis, characterized in that formed of a ferromagnetic semiconductor having a strong multi-axis anisotropy, including a strong polyaxial anisotropy selected from Fe, Co, Ni, Cr, permalloy, heusler alloy, or germanium manganese (GeMn) Magnetic logic device using magnetic material monolayer. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 강자성체 층은 자화 방향에 따라 각기 다른 평면 홀 저항 혹은 터넬링 비등방 자기저항 값을 측정하여 논리값을 센싱하는 다축이방성이 강한 강자성체 층인 것을 특징으로 하는 다축 자화물질을 이용한 자기논리소자.The ferromagnetic layer is a magnetic logic device using a multi-axis magnetic material, characterized in that the multi-axial anisotropy strong ferromagnetic layer for sensing the logic value by measuring different planar hole resistance or tunneling anisotropic magnetoresistance according to the magnetization direction. 청구항 2에 있어서, 상기 자기논리소자는,The method of claim 2, wherein the magnetic logic device, 상기 기판상에 형성되는 상기 강자성체 층과,The ferromagnetic layer formed on the substrate, 상기 강자성체 층 상에 절연막으로 이격되는 제 1전류라인(Negation), 제 2전류라인(입력 A), 제 3전류라인(입력 B)이 순차적으로 적층 배치되는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질을 이용한 자기논리소자.The first current line (Negation), the second current line (input A), and the third current line (input B) which are spaced apart by an insulating film on the ferromagnetic layer is sequentially stacked magnetically using a multi-axis magnetic material Logic element. 청구항 2에 있어서, 상기 자기논리소자는,The method of claim 2, wherein the magnetic logic device, 상기 기판상에 형성되는 제1 전류라인과,A first current line formed on the substrate; 상기 제1 전류라인 상에 절연막으로 이격되는 상기 강자성체 층, 제2 전류라인(입력 A), 제3 전류라인(입력 B)이 순차로 적층 배치되는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자.The ferromagnetic layer, the second current line (input A), and the third current line (input B), which are spaced apart from each other by an insulating layer, are sequentially stacked on the first current line. Logic element. 청구항 2에 있어서, 상기 자기논리소자는,The method of claim 2, wherein the magnetic logic device, 상기 기판상에 형성되는 제1 전류라인과,A first current line formed on the substrate; 상기 제1 전류라인 상에 절연막으로 이격되는 제2 전류라인, 제3 전류라인, 상기 강자성체 층이 순차 적층 배치되는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자.And a second current line, a third current line, and the ferromagnetic layer, which are spaced apart from each other by an insulating layer on the first current line, sequentially stacked. 청구항 2에 있어서, 상기 자기논리소자는,The method of claim 2, wherein the magnetic logic device, 상기 기판상에 형성되는 제1 전류라인과,A first current line formed on the substrate; 상기 제1 전류라인상에 절연막으로 이격되는 제2 전류라인, 제3 전류라인이 순차적으로 형성되며, 상기 제3 전류라인 상에 절연막으로 이격되는 상기 강자성체 층이 배치되는 것을 특징으로 하는 다축 자화 물질 단일층을 이용한 자기논리소자.A second current line and a third current line spaced apart from each other by an insulating layer on the first current line, and the ferromagnetic layer spaced apart by an insulating layer is disposed on the third current line. Magnetic logic device using a single layer. 청구항 3 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 3 to 6, 상기 자기논리소자는, The magnetic logic device, 상기 강자성체 층 자체에서 평면 홀저항을 측정하거나, Measuring the plane Hall resistance in the ferromagnetic layer itself, 상기 강자성체 층과 하나의 절연막을 사이에 두고 이웃한 전류라인 사이의 터넬링 비등방 자기저항 값을 측정하여 논리값을 센싱하는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자.And a logic value is sensed by measuring tunneling anisotropic magnetoresistance between adjacent current lines with the ferromagnetic layer and one insulating film interposed therebetween. 청구항 3 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 3 to 6, 상기 강자성체 층은,The ferromagnetic layer is, 논리소자로 동작 시 상기 제2 전류라인(입력 A)과 상기 제3 전류라인(입력 B)이 셀 안에 펄스 형태로 전류를 인가하여 유도 자기장을 형성하고,When operating as a logic element, the second current line (input A) and the third current line (input B) apply a current in the form of a pulse in the cell to form an induction magnetic field, 상기 자기장의 방향(Ø)과 세기에 의해 양축자기 이방성을 갖는 강자성 재료의 자화 방향이 전환되며, The magnetization direction of the ferromagnetic material having biaxial magnetic anisotropy is changed by the direction Ø and the intensity of the magnetic field, 상기 전환되는 자화 방향(자화상태)에 따라 달라지는 평면 홀 저항 값 또는 터넬링 비등방 자기저항 값을 측정하여 논리값을 결정하는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자.And a logic value by measuring a planar hole resistance value or a tunneling anisotropic magnetoresistance value which varies according to the magnetization direction (magnetization state) to be switched. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기논리소자는,The magnetic logic device of any one of claims 1 to 6, 출력 동작 시 상기 강자성체 층 혹은 상기 강자성체 층과 하나의 절연막을 사이에 두고 이웃한 전류라인에 센싱 전류를 흘려보내서 저장된 홀 저항 또는 터넬링 비등방 자기저항 값을 읽는 것을 특징으로 하는 다축 자화물질 단일층을 이용한 자기논리소자.In the output operation, the single-layered multi-axis magnetic material layer is characterized in that the sensing current is read by sending a sensing current to a neighboring current line with the ferromagnetic layer or the ferromagnetic layer and one insulating film interposed therebetween. Magnetic logic device used. 삭제delete 삭제delete

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