KR101423188B1 - 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그 동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그 동작방법에 관한 것이다. 개시된 본 발명의 정보저장장치는 정보 저장용 자성층과, 상기 자성층의 일단 및 타단에 각각 접촉된 제1 및 제2 도전층을 구비하되, 상기 자성층은 자구벽이 피닝되는 제1 및 제2 피닝지점(pinning site)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 피닝지점의 폭은 서로 다른 정보저장장치를 제공한다.

Description

자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그 동작방법{Information storage device using magnetic domain wall movement and method of operating the same}
본 발명은 정보저장장치 및 그 동작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.
전원이 차단되더라도 기록된 정보가 지워지지 않는 비휘발성 정보저장장치는 HDD(hard disk drive)와 비휘발성 RAM(ramdom access memory) 등이 있다.
HDD는 회전하는 부분을 갖는 저장 장치로 마모되는 경향이 있고, 동작시 페일(fail)이 발생할 가능성이 크기 때문에 신뢰성이 떨어진다.
비휘발성 RAM으로는 현재 널리 사용되고 있는 플래쉬 메모리가 대표적이지만, 플래쉬 메모리는 읽기/쓰기 동작 속도가 느리고 수명이 짧으며 HDD에 비하여 데이터 저장 용량이 매우 적고 생산 비용이 높다는 문제가 있다.
이에, 최근에는 종래의 비휘발성 정보저장장치의 문제점을 극복하기 위한 방법으로서, 자성 물질의 자구벽(magnetic domain wall) 이동 원리를 이용하는 새로운 정보저장장치에 관한 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
자성체를 구성하는 자기적인 미소영역을 자구(magnetic domain)라 하고, 서 로 다른 자화 방향을 갖는 자구들의 경계 부분을 자구벽이라 한다. 이러한 자구벽은 소정의 부피를 가지며, 자성체에 인가되는 전류 또는 자기장에 의해 자성체 내에서 이동될 수 있다.
그러나 종래의 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치는 하나의 메모리 셀에 "0"이나 "1"과 같은 하나의 비트 데이터만을 기록하는 소자, 즉, 단일 비트(single bit) 저장 소자이므로, 그 집적도 및 용량을 높이는데 한계가 있다.
본 발명은 하나의 메모리 셀에 2 비트 이상의 정보를 기록할 수 있는 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그 동작방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 정보 저장용 자성층; 및 상기 자성층의 일단 및 타단에 각각 접촉된 제1 및 제2 도전층;을 구비하되, 상기 자성층은 자구벽이 피닝되는 제1 및 제2 피닝지점(pinning site)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 피닝지점의 폭은 서로 다른 정보저장장치를 제공한다.
상기 자성층의 상기 일단, 상기 제1 피닝지점, 상기 제2 피닝지점 및 상기 타단은 순차로 배열되고, 상기 자성층의 폭은 상기 일단에서 상기 제1 피닝지점으로 가면서 좁아지고, 상기 제1 피닝지점에서 상기 제2 피닝지점으로 가면서 넓어지며, 상기 제2 피닝지점에서 상기 타단으로 가면서 좁아질 수 있다.
상기 자성층은 수평 자기 이방성을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 피닝지점에 피닝되는 자구벽의 타입은 서로 다를 수 있고, 상기 제1 및 제2 피닝지점에 자구벽의 존재 여부에 따라 상기 자성층의 저항 상태가 달라질 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전층 중 적어도 하나는 상기 자성층과 교차할 수 있다.
상기 제1 및 제2 도전층 중 적어도 하나는 상기 자성층과 수직할 수 있다.
상기 자성층의 상기 일단, 상기 제1 피닝지점, 상기 제2 피닝지점 및 상기 타단 각각의 중심을 잇는 선은 직선 또는 곡선일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 정보 저장용 자성층과, 상기 자성층의 일단 및 타단에 각각 접촉된 제1 및 제2 도전층을 구비하되, 상기 자성층은 자구벽이 피닝되는 제1 및 제2 피닝지점(pinning site)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 피닝지점의 폭은 서로 다른 정보저장장치의 동작방법에 있어서, 상기 제1 도전층, 상기 제2 도전층 및 상기 자성층 중 적어도 하나에 전류를 인가하는 단계를 포함하는 정보저장장치의 동작방법을 제공한다.
상기 전류는 쓰기 전류, 읽기 전류 및 소거 전류 중 하나일 수 있다.
상기 자성층의 상기 일단, 상기 제1 피닝지점, 상기 제2 피닝지점 및 상기 타단은 순차로 배열되고, 상기 자성층의 폭은 상기 일단에서 상기 제1 피닝지점으로 가면서 좁아지고, 상기 제1 피닝지점에서 상기 제2 피닝지점으로 가면서 넓어지며, 상기 제2 피닝지점에서 상기 타단으로 가면서 좁아질 수 있다.
상기 자성층이 그의 길이 방향과 평행한 제1 방향으로 자화된 상태에서, 상기 자성층의 일단이 상기 제1 방향의 역방향으로 자화되도록 상기 제1 도전층에 제1 전류를 인가하는 단계를 포함하되, 상기 자성층의 일단과 나머지 영역 사이에 발생된 제1 타입의 제1 자구벽은 상기 제1 피닝지점으로 이동하여 피닝될 수 있다.
상기 제1 전류를 인가하기 전, 상기 자성층을 상기 제1 방향으로 자화시키기 위해, 상기 자성층에 초기화 전류를 인가할 수 있다.
상기 제1 전류를 인가한 후, 상기 제1 자구벽이 제2 타입으로 변화되어 상기 제2 피닝지점으로 이동되도록, 상기 자성층에 제2 전류를 인가할 수 있다.
상기 제2 전류의 세기는 상기 제1 전류의 세기보다 작을 수 있다.
상기 제2 전류를 인가한 후, 상기 자성층의 일단이 상기 제1 방향으로 자화되도록 상기 제1 도전층에 제3 전류를 인가하는 단계를 포함하되, 상기 자성층의 일단과 나머지 영역 사이에 발생된 제1 타입의 제2 자구벽은 상기 제1 피닝지점으로 이동하여 피닝될 수 있다.
상기 제1 전류를 인가한 후, 상기 자성층을 상기 제1 방향으로 자화시키기 위해, 상기 자성층에 초기화 전류를 인가할 수 있다.
상기 제2 전류를 인가한 후, 상기 자성층을 상기 제1 방향으로 자화시키기 위해, 상기 자성층에 초기화 전류를 인가할 수 있다.
상기 제3 전류를 인가한 후, 상기 자성층을 상기 제1 방향으로 자화시키기 위해, 상기 자성층에 초기화 전류를 인가할 수 있다.
상기 제2 전류를 인가한 후, 상기 제2 피닝지점에 위치하는 상기 제1 자구벽이 상기 제1 타입으로 변화되어 상기 제1 피닝지점으로 이동되도록, 상기 자성층에 다른 전류를 인가할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그의 동작방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치를 보여준다.
도 1을 참조하면, 소정 방향으로 연장된 정보 저장용 자성층(100)이 구비되어있다. 자성층(100)은 수평 자기 이방성을 가질 수 있고, Co, Ni 및 Fe 중 적어도 하나를 포함하는 연자성층인 것이 바람직하다. 자성층(100)은 그의 일단(E1) 및 타단(E2) 사이에 순차로 배열되는 제1 및 제2 피닝지점(P1, P2)을 갖는다. 자성층(100)의 일단(E1), 제1 피닝지점(P1), 제2 피닝지점(P2) 및 타단(E2) 각각의 중심을 잇는 선은 직선일 수 있으나, 곡선일 수도 있다. 제1 및 제2 피닝지점(P1, P2)은 자구벽이 피닝되는 지점으로서, 서로 다른 폭을 갖는다. 보다 구체적으로 설명하면, 자성층(100)의 폭은 일단(E1)에서 제1 피닝지점(P1)으로 가면서 좁아지고, 제1 피닝지점(P1)에서 제2 피닝지점(P2)으로 가면서 넓어지며, 제2 피닝지점(P2)에서 타단(E2)으로 가면서 좁아질 수 있다.
자성층(100)의 일단(E1) 및 타단(E2)에 각각 접촉된 제1 및 제2 도전층(200a, 200b)이 존재한다. 제1 및 제2 도전층(200a, 200b) 중 적어도 하나는 자성층(100)과 교차, 바람직하게는 수직 교차할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 도전층(200a, 200b) 중 적어도 하나는 자성층(100)의 양측으로 연장되는 배선 형태를 갖는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 도전층(200a, 200b)을 통해 자성층(100)에 전류 또는 자기장을 인가할 수 있다.
제1 및 제2 피닝지점(P1, P2)의 폭이 서로 다르기 때문에, 제1 및 제2 피닝지점(P1, P2)에 피닝될 수 있는 자구벽의 타입은 서로 다를 수 있다. 예컨대, 횡단형 자구벽(transverse type magnetic domain wall)(이하, 횡단벽 : transverse wall)은 상대적으로 폭이 좁은 곳에서 에너지적으로 안정하기 때문에, 제1 피닝지점(P1)에 피닝될 수 있다. 반면, 와동형 자구벽(vortex type magnetic domain wall)(이하, 와동벽 : vortex wall)은 상대적으로 폭이 넓은 곳에서 에너지적으로 안정하기 때문에, 제2 피닝지점(P2)에 피닝될 수 있다. 이에 대해서는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 보다 자세히 설명한다.
도 2a는 횡단벽(WT)을 갖는 자성층(100)의 평면도 및 자성층(100) 내에서 횡단벽(WT)의 위치에 따른 자성층(100)의 에너지 변화를 보여준다.
도 2a에서 알 수 있는 바와 같이, 횡단벽(WT)이 제1 피닝지점(P1)에 가까워질수록 자성층(100)의 에너지는 감소하고, 횡단벽(WT)이 제2 피닝지점(P2)에 가까워질수록 자성층(100)의 에너지는 증가한다. 따라서, 만약 횡단벽(WT)이 자성층(100)의 일단(E1) 근방에서 생성된다면, 그 횡단벽(WT)은 제1 피닝지점(P1)으로 자발적으로 이동하여 그곳에서 정지할 수 있다.
도 2b는 와동벽(WV)을 갖는 자성층(100)의 평면도 및 자성층(100) 내에서 와동벽(WV)의 위치에 따른 자성층(100)의 에너지 변화를 보여준다.
도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 와동벽(WV)이 제1 피닝지점(P1)에 가까워질수록 자성층(100)의 에너지는 증가하고, 와동벽(WV)이 제2 피닝지점(P2)에 가까워질수록 자성층(100)의 에너지는 감소한다. 따라서, 만약 와동벽(WV)이 제1 피닝지 점(P1)에 위치한다면, 그 와동벽(WV)은 제2 피닝지점(P2)으로 자발적으로 이동하여 그곳에서 정지할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서 자성층(100) 내에 도시된 화살표는 해당 영역의 자화 방향을 나타낸다. 도 2a의 횡단벽(WT) 및 도 2b의 와동벽(WV) 양측의 자성층(100) 영역은 서로 다른 방향으로 자화되어 있다.
도 3 및 도 4는 각각 횡단벽 및 와동벽을 갖는 자성층을 보여주는 PEEM(photoelectron emission microscope) 사진이다.
도 3의 자성층에 1012A/㎡ 정도의 펄스 전류를 짧게 인가함으로써, 도 3의 횡단벽을 도 4의 와동벽으로 변환시켰다. 도 4의 와동벽을 다시 횡단벽으로 변환시킬 수도 있다.
도 5a 내지 도 5d는 도 1의 자성층(100)이 가질 수 있는 서로 다른 네 가지 상태를 보여준다.
도 5a를 참조하면, 자성층(100) 전체가 그의 길이 방향과 평행한 제1 방향(D1)으로 자화되어 있고, 따라서 자성층(100) 내에 자구벽은 존재하지 않는다. 자성층(100)은 제1 방향(D1)의 역방향으로 자화될 수도 있다.
도 5b를 참조하면, 자성층(100)의 제1 피닝지점(P1)에 횡단벽(WT)이 위치해 있다. 횡단벽(WT)은 제1 방향(D1)과 수직한 제2 방향(D2)으로 자화되어 있고, 횡단벽(WT) 양측의 자성층(100) 영역들은 서로 반대의 방향으로 자화되어 있다. 횡단 벽(WT)은 제2 방향(D2)의 역방향으로 자화될 수 있고, 횡단벽(WT) 양측의 자성층(100) 영역들의 자화 방향은 서로 바뀔 수 있다.
도 5c를 참조하면, 자성층(100)의 제2 피닝지점(P2)에 와동벽(WV)이 위치해 있다. 와동벽(WV)은 시계 방향으로 회전하는 자화 방향을 갖고, 와동벽(WV) 양측의 자성층(100) 영역들은 서로 반대의 방향으로 자화되어 있다. 와동벽(WV)은 반시계 방향으로 회전하는 자화 방향을 가질 수 있고, 와동벽(WV) 양측의 자성층(100) 영역들의 자화 방향은 서로 바뀔 수 있다.
도 5d를 참조하면, 자성층(100)의 제1 및 제2 피닝지점(P1, P2)에 각각 횡단벽(WT) 및 와동벽(WV)이 존재한다. 횡단벽(WT), 와동벽(WV) 및 그들 양측의 자성층(100) 영역들의 자화 방향은 달라질 수 있다.
도 5a 내지 도 5d의 자성층(100)은 서로 다른 전기저항을 가질 수 있다. 즉, 제1 피닝지점(P1)에 횡단벽(WT)의 존재 유무 및 제2 피닝지점(P2)에 와동벽(WV)의 존재 유무에 따라, 자성층(100)의 저항 상태가 달라질 수 있다. 도 5a 내지 도 5d의 자성층(100)의 전기저항을 각각 제1 내지 제4 저항(R1∼R4)이라 하면, 상기 제1 내지 제4 저항(R1∼R4) 사이의 대소 관계는 R1＞R2＞R3＞R4 일 수 있다. 예컨대, 자성층(100)이 500nm 정도의 평균 폭, 20nm 정도의 두께 및 15㎛ 정도의 길이를 갖는 NiFe층이라면, 제2 저항(R2)은 제1 저항(R1)보다 200mΩ 정도 작고, 제3 저항(R3)은 제1 저항(R1)보다 250mΩ 정도 작으며, 제4 저항(R4)은 제1 저항(R1)보다 450mΩ 정도 작게 나타난다.
이와 같이, 도 5a 내지 도 5d의 자성층(100)은 서로 다른 전기저항을 갖기 때문에, 도 5a 내지 도 5d의 자성층(100)에 기록된 정보는 각각 "00", "01", "10" 및 "11"에 대응될 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 정보저장장치를 멀티 비트 저장 장치로 사용할 수 있음을 의미한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 저장 용량이 크고 집적도가 높은 멀티 비트 정보저장장치를 구현할 수 있다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치의 동작방법을 보여준다.
도 6a를 참조하면, 자성층(100) 전체가 제1 방향(D1)으로 자화되어 있다. 자성층(100)을 제1 방향(D1)으로 자화시키기 위해, 제1 도전층(200a)에서 자성층(100)을 통해 제2 도전층(200b)으로 전류(이하, 초기화 전류)를 인가할 수 있다. 전류의 방향과 전자의 방향은 반대이므로, 상기 초기화 전류에 의해 자성층(100) 내에서 제1 방향(D1)으로 전자가 이동하고, 그에 따라, 자성층(100)이 제1 방향(D1)으로 자화될 수 있다. 자성층(100)을 제1 방향(D1)으로 자화시키기 위해 다른 방법을 사용할 수도 있다. 예컨대, 제1 방향(D1)의 외부 자기장을 자성층(100)에 인가하면, 자성층(100)이 제1 방향(D1)으로 자화될 수 있다. 도 6a의 자성층(100)은 도 5a의 자성층(100)에 대응된다.
도 6b를 참조하면, 제1 도전층(200a)의 일단에서 타단으로 제1 전류(I1)를 인가한다. 오른 나사의 법칙에 따라, 제1 전류(I1)에 의해 제1 도전층(200a)을 감싸는 자기장이 발생하기 때문에, 제1 도전층(200a) 아래의 자성층(100) 부분, 즉, 자성층(100)의 일단(E1)은 제1 방향(D1)의 역방향으로 자화된다. 따라서 자성층(100)의 일단(E1)과 나머지 부분 사이에 횡단형 제1 자구벽(W1)이 생성될 수 있다. 제1 전류(I1)는 자성층(100)의 일단(E1)을 자화시킬 수 있는 임계 전류 이상의 전류인데, 상기 임계 전류는 자성층(100)의 구성 물질에 따라 달라질 수 있다.
횡단형 제1 자구벽(W1)은 폭이 좁은 곳에서 에너지적으로 안정하기 때문에, 제1 피닝지점(P1)으로 자발적으로 이동할 수 있다. 도 6c는 횡단형 제1 자구벽(W1)이 제1 피닝지점(P1)으로 이동하여 그곳에 피닝된 상태를 보여준다. 도 6c의 자성층(100)은 도 5b의 자성층(100)에 대응된다.
도 6d를 참조하면, 제1 및 제2 도전층(200a)을 통해 자성층(100)에 제1 방향(D1)의 제2 전류(I2)를 인가한다. 제2 전류(I2)의 인가 시간은 상기 초기화 전류의 인가 시간보다 상대적으로 매우 짧을 수 있다. 제2 전류(I2)에 의해 횡단형 제1 자구벽(W1)에 에너지가 짧은 시간동안 가해지면서, 횡단형 제1 자구벽(W1)의 타입이 와동형으로 바뀔 수 있다.
즉, 도 6d의 제2 전류(I2)에 의해 횡단형 제1 자구벽(W1)은, 도 6e에 도시된 바와 같이 와동형 제1 자구벽(W1')으로 변할 수 있다. 이때, 와동형 제1 자구벽(W1')의 위치는 제1 피닝지점(P1)에서 제1 방향(D1)의 역방향(즉, 오른쪽 방향)으로 다소 벗어날 수 있다. 그러나 제2 전류(I2)의 세기 및 인가 시간을 조절하면, 도 6d의 횡단형 제1 자구벽(W1)은 제자리(즉, 제1 피닝지점(P1))에서 와동형 제1 자구벽(W1')으로 변할 수도 있다.
와동형 제1 자구벽(W1')은 폭이 넓은 곳에서 에너지적으로 안정하기 때문에, 제2 피닝지점(P2)으로 자발적으로 이동할 수 있다. 도 6f는 와동형 제1 자구벽(W1')이 제2 피닝지점(P2)으로 이동하여 그곳에 피닝된 상태를 보여준다. 도 6f의 자성층(100)은 도 5c의 자성층(100)에 대응된다.
도 6g를 참조하면, 제1 도전층(200a)의 상기 타단에서 상기 일단으로 제3 전류(I3)를 인가한다. 제3 전류(I3)은 도 6b의 제1 전류(I1)와 반대의 방향을 갖지만, 그들의 세기는 동일할 수 있다. 그러므로 오른 나사의 법칙에 따라, 제3 전류(I3)에 의해 자성층(100)의 일단(E1)이 제1 방향(D1)으로 자화될 수 있고, 일단(E1)과 나머지 영역 사이에 횡단형 제2 자구벽(W2)이 생성될 수 있다.
횡단형 제2 자구벽(W2)은 폭이 좁은 곳에서 에너지적으로 안정하기 때문에, 제1 피닝지점(P1)으로 자발적으로 이동할 수 있다. 도 6h는 횡단형 제2 자구벽(W2)이 제1 피닝지점(P1)으로 이동하여 그곳에 피닝된 상태를 보여준다. 도 6h의 자성층(100)은 도 5d의 자성층(100)에 대응된다.
도 6i를 참조하면, 자성층(100)에 제1 방향(D1)과 반대 방향의 초기화 전류(I0)를 인가함으로써, 자성층(100) 전체를 제1 방향(D1)으로 자화시킬 수 있다. 도 6i의 자성층(100)은 도 6a의 자성층(100)과 동일한 상태일 수 있다.
도 6a 내지 도 6i를 참조하여 설명한 동작방법은 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 도 6b, 도 6d, 도 6g 및 도 6i의 제1 내지 제3 전류(I1∼I3) 및 초기화 전류(I0)의 방향은 도시된 방향의 역방향으로 바뀔 수 있고, 횡단형 제1 및 제2 자구벽(W1, W2)과 와동형 제1 자구벽(W1')의 자화 방향도 달라질 수 있다. 또한, 도 6f의 자성층(100)에 제1 방향(D1)과 반대 방향의 전류를 인가하면, 도 6f의 자성 층(100)을 도 6c의 자성층(100)과 같이 변화시킬 수 있다. 부가해서, 도 6a에서 도 6c의 단계까지 진행한 후 초기화 전류(I0)를 인가하거나, 도 6a에서 도 6f의 단계까지 진행한 후 초기화 전류(I0)를 인가할 수 있다.
도 7은 도 6b, 도 6d, 도 6g 및 도 6i의 제1 내지 제3 전류(I1∼I3) 및 초기화 전류(I0)를 보여준다.
도 7을 참조하면, 제1 및 제3 전류(I1, I3)의 세기는 제2 전류(I2)의 세기보다 클 수 있고, 제1 및 제3 전류(I1, I3)의 인가 시간은 제2 전류(I2)의 인가 시간보다 다소 길 수 있다. 이는 도 6b의 자성층(100)의 일단(E1)을 제2 방향(D2)으로 자화시키는데 필요한 에너지가 도 6d의 횡단형 제1 자구벽(W1)의 타입을 바꾸는데 필요한 에너지보다 클 수 있기 때문이다. 초기화 전류(I0)의 세기는 제2 전류(I2)의 세기와 같거나 그보다 클 수 있고, 초기화 전류(I0)의 인가 시간은 제2 전류(I2)의 인가 시간보다 상대적으로 길 수 있다. 제1 내지 제3 전류(I1∼I3) 및 초기화 전류(I0)의 세기 및 인가 시간은 자성층(100)의 구성 물질, 모양 및 크기에 따라 달라질 수 있다.
도 6a 내지 도 6i를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예는 정보의 기록 및 소거 방법에 관한 것이다. 기록된 정보를 읽는 동작은 도 1의 자성층(100)의 일단(E1) 및 타단(E2) 사이에 소정의 읽기 전류를 인가함으로써 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 도전층(200a, 200b) 사이에 상기 읽기 전류를 인가하여 자성층(100)의 저항을 측정한 후, 상기 측정된 저항과 기준 저항을 비교함으로써, 자성층(100)에 기록된 정보가 무엇인지 판별할 수 있다. 상기 읽기 전류 는 상기 기록 및 소거 방법에서 사용한 전류, 즉, 제1 내지 제3 전류(I1∼I3) 및 초기화 전류(I0)보다 작은 세기를 가질 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1의 자성층(100)의 일단(E1)과 타단(E2) 사이에 두 개 이상의 피닝지점이 존재할 수 있고, 따라서 하나의 메모리 셀에 2 비트 이상의 정보를 기록할 수 있는 정보저장장치를 구현할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 도 1의 자성층(100)과 제1 및 제2 도전층(200a, 200b)의 형태는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치를 보여주는 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 횡단벽을 갖는 자성층 및 상기 횡단벽의 위치에 따른 상기 자성층의 에너지 변화를 보여주는 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 와동벽을 갖는 자성층 및 상기 와동벽의 위치에 따른 상기 자성층의 에너지 변화를 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4는 각각 횡단벽 및 와동벽을 갖는 자성층을 보여주는 PEEM(photoelectron emission microscope) 사진이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 자성층이 가질 수 있는 서로 다른 네 가지 상태를 각각 보여주는 평면도이다.
도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치의 동작방법을 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 6b, 도 6d, 도 6g 및 도 6i의 제1 내지 제3 전류(I1∼I3) 및 초기화 전류(I0)를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 자성층 200a, 200b : 제1 및 제2 도전층
D1, D2 : 제1 및 제2 방향 E1, E2 : 자성층의 일단 및 타단
I0 : 초기화 전류 I1∼I3 : 제1 내지 제3 전류
P1, P2 : 제1 및 제2 피닝지점 W1, W2 : 횡단형 제1 및 제2 자구벽
W1' : 와동형 제1 자구벽 WT : 횡단벽
WV : 와동벽

Claims (19)

  1. 정보 저장용 자성층; 및
    상기 자성층의 일단 및 타단에 각각 접촉된 제1 및 제2 도전층;을 구비하되,
    상기 자성층은 자구벽이 피닝되는 제1 및 제2 피닝지점(pinning site)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 피닝지점의 폭은 서로 다르며,
    상기 자성층의 상기 일단, 상기 제1 피닝지점, 상기 제2 피닝지점 및 상기 타단은 순차로 배열되고, 상기 자성층의 폭은 상기 일단에서 상기 제1 피닝지점으로 가면서 좁아지고, 상기 제1 피닝지점에서 상기 제2 피닝지점으로 가면서 넓어지며, 상기 제2 피닝지점에서 상기 타단으로 가면서 좁아지는 정보저장장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자성층은 수평 자기 이방성을 갖는 정보저장장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 피닝지점에 피닝되는 자구벽의 타입은 서로 다르고, 상기 제1 및 제2 피닝지점에 자구벽의 존재 여부에 따라 상기 자성층의 저항 상태가 달라지는 정보저장장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도전층 중 적어도 하나는 상기 자성층과 교차하는 정보저장장치.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도전층 중 적어도 하나는 상기 자성층과 수직한 정보저장장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자성층의 상기 일단, 상기 제1 피닝지점, 상기 제2 피닝지점 및 상기 타단 각각의 중심을 잇는 선은 직선 또는 곡선인 정보저장장치.
  8. 정보 저장용 자성층과, 상기 자성층의 일단 및 타단에 각각 접촉된 제1 및 제2 도전층을 구비하되, 상기 자성층은 자구벽이 피닝되는 제1 및 제2 피닝지점(pinning site)을 포함하고, 상기 제1 및 제2 피닝지점의 폭은 서로 다른 정보저장장치의 동작방법에 있어서,
    상기 자성층의 상기 일단, 상기 제1 피닝지점, 상기 제2 피닝지점 및 상기 타단은 순차로 배열되고, 상기 자성층의 폭은 상기 일단에서 상기 제1 피닝지점으로 가면서 좁아지고, 상기 제1 피닝지점에서 상기 제2 피닝지점으로 가면서 넓어지며, 상기 제2 피닝지점에서 상기 타단으로 가면서 좁아지고,
    상기 동작방법은 상기 제1 도전층, 상기 제2 도전층 및 상기 자성층 중 적어도 하나에 전류를 인가하는 단계를 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전류는 쓰기 전류, 읽기 전류 및 소거 전류 중 하나인 정보저장장치의 동작방법.
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 자성층이 그의 길이 방향과 평행한 제1 방향으로 자화된 상태에서,
    상기 자성층의 일단이 상기 제1 방향의 역방향으로 자화되도록 상기 제1 도전층에 제1 전류를 인가하는 단계를 포함하되,
    상기 자성층의 일단과 나머지 영역 사이에 발생된 제1 타입의 제1 자구벽은 상기 제1 피닝지점으로 이동하여 피닝되는 정보저장장치의 동작방법.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 11 항에 있어서,
    상기 제1 전류를 인가하기 전,
    상기 자성층을 상기 제1 방향으로 자화시키기 위해, 상기 자성층에 초기화 전류를 인가하는 정보저장장치의 동작방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 전류를 인가한 후,
    상기 제1 자구벽이 제2 타입으로 변화되어 상기 제2 피닝지점으로 이동되도록, 상기 자성층에 제2 전류를 인가하는 정보저장장치의 동작방법.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 제2 전류의 세기는 상기 제1 전류의 세기보다 작은 정보저장장치의 동작방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 전류를 인가한 후,
    상기 자성층의 일단이 상기 제1 방향으로 자화되도록 상기 제1 도전층에 제3 전류를 인가하는 단계를 포함하되,
    상기 자성층의 일단과 나머지 영역 사이에 발생된 제1 타입의 제2 자구벽은 상기 제1 피닝지점으로 이동하여 피닝되는 정보저장장치의 동작방법.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 11 항에 있어서,
    상기 제1 전류를 인가한 후,
    상기 자성층을 상기 제1 방향으로 자화시키기 위해, 상기 자성층에 초기화 전류를 인가하는 정보저장장치의 동작방법.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 제2 전류를 인가한 후,
    상기 자성층을 상기 제1 방향으로 자화시키기 위해, 상기 자성층에 초기화 전류를 인가하는 정보저장장치의 동작방법.
  18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 15 항에 있어서,
    상기 제3 전류를 인가한 후,
    상기 자성층을 상기 제1 방향으로 자화시키기 위해, 상기 자성층에 초기화 전류를 인가하는 정보저장장치의 동작방법.
  19. 청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 13 항에 있어서,
    상기 제2 전류를 인가한 후,
    상기 제2 피닝지점에 위치하는 상기 제1 자구벽이 상기 제1 타입으로 변화되어 상기 제1 피닝지점으로 이동되도록, 상기 자성층에 다른 전류를 인가하는 정보저장장치의 동작방법.
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