KR101563549B1 - Nano electronic device for decimal information processing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다축자화 강자성 물질을 이용하여 단일 나노 전자 소자를 형성함으로써, 다축자화 강자성 물질의 자기도메인 구조 및 자기저항 현상을 통해 다양한 자화구조를 구성하여 십진법에 따라 정보를 처리할 수 있는 십진법 정보 처리 나노 전자 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to a nano electronic device for decimal information processing, and more particularly, to a nano electronic device using a multi-axis magnetized ferromagnetic material to form a single nano electronic device, The present invention relates to a decimal information processing nano electronic device capable of constructing a structure and processing information according to a decimal notation.
현재의 반도체 소자는 두 개의 다른 전하상태, 자성체 소자에서는 두 개의 자화방향에 따른 자기 상태만 가능했기 때문에, 현재의 모든 전자 정보처리 장치는 이진법 시스템을 기본으로 발전하여 왔다.Since current semiconductor devices can only be in two different states of charge, and magnetic devices can only have magnetic states in accordance with two magnetization directions, all current electronic information processing devices have evolved on the basis of binary system.
이와 같은, 이진법 시스템에서 정보저장의 밀도는 하나의 정보를 저장하는 'bit'의 밀도에 의해서 결정되어지므로, 각 'bit'를 이루는 소자의 크기가 전자 시스템의 전체적인 정보저장의 용량을 결정짓는다.In such a binary system, the density of information storage is determined by the density of 'bits' that store one information. Thus, the size of each 'bit' determines the overall storage capacity of the electronic system.
이러한 측면에서, 많은 연구가 진행되어 전자 소자는 그 크기가 수십 나노미터 정도까지 끊임없이 축소되면서 정보 저장용량과 처리 속도를 현격히 향상시켜왔다.In this respect, many studies have been conducted, and electronic devices have been continuously reduced in size to several tens of nanometers, thereby significantly improving information storage capacity and processing speed.
최근 연구가 가장 활발히 진행되는 MRAR(Magnetic Random Access Memory) 소자 역시, 이진법 시스템을 기본으로 하는 기억 소자로서, 자성체 삼중층 스핀밸브 구조에서 터넬링 저항의 차이를 응용하는 것이다. 따라서, 자화층의 평행과 반평행 상태의 저항 차이가 MRAM 소자의 축소화에 가장 중요한 요소이며, 이 저항비를 증가시키기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다.
MRAR (Magnetic Random Access Memory) devices, which are most actively studied in recent years, are also applications of a difference in tunneling resistance in a magnetic triple layer spin valve structure as a memory device based on a binary system. Therefore, the resistance difference between the parallel and antiparallel states of the magnetization layer is the most important factor for the reduction of the MRAM element, and a lot of research has been conducted to increase the resistance ratio.
그러나, 인류가 사용하는 계산의 기본 시스템은 십진법이며, 이진법과 십진법의 차이는 사용되는 bit 수의 차이에서 확연히 알 수 있다. 일 예를 들자면, 숫자 9를 기록하기 위해서 이진법의 경우, 4개의 bit가 사용되지만, 십진법의 경우, 1개의 bit만이 필요하며, 하나의 bit를 전자소자 하나로 대응한다면 십진법 시스템의 전자 정보저장 장치엔 필요한 소자의 개수가 1/4로 줄어들게 되며, 정보저장 소자들이 2차원 배열구조로 되어있음을 고려할 경우, 소자의 개수는 1/16로 현저히 줄어들게 되어 정보저장 용량을 현저히 증가시킬 수 있는 장점이 있다.However, the basic system of calculations used by mankind is the decimal system, and the difference between binary and decimal systems is evident from the difference in the number of bits used. For example, in the case of binary, four bits are used to record the number 9, but in the case of the decimal method, only one bit is required. If one bit corresponds to one electronic device, the electronic information storage device of the decimal system The number of necessary elements is reduced to 1/4. Considering that the information storage elements have a two-dimensional array structure, the number of elements is remarkably reduced to 1/16, which is an advantage that the information storage capacity can be remarkably increased .
다중상태를 구현하고 응용하는 것은 크기 만을 조절하는 스칼라 양을 이용하는 것보다는, 방향조절이 가능한 벡터 물리량을 이용하는 것이 훨씬 유리하며, 가장 대표적인 벡터 물리량은 강자성 물질의 자화이다.Implementing and applying multiple states is much more advantageous than using a scalar quantity that only controls the size, using directional vector physical quantities, and the most representative vector physical quantity is the magnetization of the ferromagnetic material.
하지만, 현재까지 자기소자에 응용된 모든 자화물질은 단일 자화축을 가진 강자성 물질이다. 다시 말하자면, 현재 전자소자에 이용되는 대부분의 강자성 물질은 단축 자기이방성에 의한 하나의 축 상에서 자화가 쉬운 물질들이다. 이에 따라, 한 축의 두 반대 방향에서 발생하는 두 개의 다른 물리량을 이용하는 이진법 시스템의 전자소자가 대부분이다.
However, to date, all magnetic materials applied to magnetic devices are ferromagnetic materials with a single magnetization axis. In other words, most of the ferromagnetic materials currently used in electronic devices are materials that are easy to magnetize on one axis due to uniaxial magnetic anisotropy. Accordingly, most of the electronic devices of the binary system using two different physical quantities occurring in opposite directions of one axis.
이에 따라, 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 벡터 물리량의 다중상태 구현을 위한 장점을 살려 현재까지 응용된 단축자화 물질의 한계를 벗어나 다축자화 물질을 기반으로 다양한 자화방향과 그에 대응되는 물리량인 자기저항, 터넬링 자기저항 등을 이용하여 다중상태를 통한 십진법 시스템의 정보 처리를 위한 나노 전자 소자이다.Accordingly, the nano electronic device for decimal information processing of the present invention utilizes the advantages for implementing the multiphase state of the vector physical quantity. Therefore, the nano electronic device for the decimal information processing of the present invention goes beyond the limit of the uniaxial magnetization material applied so far, It is a nano electronic device for information processing of decimal system through multi-state by using magnetoresistance and tunneling magnetoresistance as physical quantities.
즉, 다축자화 강자성 물질을 이용하여, 단일 소자에 10개의 정보를 저장할 수 있는 나노 전자 소자를 개발하여 십진법 전자정보처리 시스템의 기반을 확립할 수 있다. 특히, 다축 자화 물질이 가진 자화방향 제어기능, 다중 도메인 구조, 다층구조의 다양한 자화 배열 등의 자화 상태를 응용함으로써, 안정화된 십진법 전자정보처리 시스템을 구현할 수 있다.
That is, by using a multi-axis magnetized ferromagnetic material, a nano electronic device capable of storing ten pieces of information in a single device can be developed to establish the basis of a decimal electronic information processing system. In particular, a stabilized decimal electronic information processing system can be realized by applying magnetization states such as a magnetization direction control function, a multi-domain structure, and various magnetization arrangements of a multi-layer structure possessed by a multi-axis magnetization material.
현재 국내외의 어느 연구기관에서도 본 발명에서 제안하는 다축자화 물질을 이용한 십진법 시스템의 정보 처리를 위한 나노 전자 소자에 관한 연구는 수행하고 있지 않지만, 십진법 시스템의 전자 소자 개발은 혀재 전자산업의 경제적 중요성에 비추어 보아 차세대 기술로서 아주 중요한 분야이다.At present, research institutes of domestic and foreign countries have not conducted studies on nano electronic devices for information processing of decimal system using multi-axis magnetization materials proposed by the present invention. However, development of electronic devices of decimal system is very important for economical importance of electronic industry In light of this, it is a very important field as a next generation technology.
특히, 우리나라 경제구조에서 현재 전자산업 분야가 차지하는 비중을 고려할 때, 반도체 전자소자의 뒤를 이을 차세대 전자소자의 국내 개발이 절실하다.
In particular, considering the share of the electronics industry in Korea's economic structure, it is urgent to develop the next generation electronic devices that will follow the semiconductor electronic devices.
국내 공개 특허 제2001-0050872호("스핀밸브형 박막자기소자 및 그 제조방법", 이하 선행문헌 1)에서는 출력특성의 향상과, 어시메트리의 감소와, 재생파형의 안정성의 향상과 사이드 리딩 발생의 방지를 도모하는 스핀밸브형 박막소자를 개시하고 있다.
In Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2001-0050872 ("Spin-valve thin-film magnetic element and its manufacturing method ", hereinafter referred to as Prior Art 1), improvement of output characteristics, reduction of asymmetry, improvement of stability of reproduction waveform, A thin film element of a spin-valve type is proposed.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다축자화 강자성 물질을 이용하여 단일 나노 전자 소자를 형성함으로써, 다축자화 강자성 물질의 자기도메인 구조 및 자기저항 현상을 통해 다양한 자화구조를 구성하여 십진법에 따라 정보를 처리할 수 있는 십진법 정보 처리 나노 전자 소자를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional art as described above, and it is an object of the present invention to provide a multi-axis magnetized ferromagnetic material, And to provide a decimal information processing nano electronic device capable of processing information according to the decimal method by constructing various magnetization structures through the phenomenon.
본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는, 다수 개의 자화방향을 형성하고 이에 대응되는 저항값을 기록하여 십진법 정보 처리가 가능한 나노 전자 소자에 있어서, 기판 및 상기 기판 상에 박막 증착 기법을 이용하여 형성되고, 쓰기(write) 동작시, 펄스 형태로 전류를 인가하여 유도 자기장을 형성하거나 스핀 토크 전달에 의해, 양축 자기 이방성(Cubic or four-fold anisotropy)을 갖는 다축자화 강자성 물질을 다중 자화 도메인 상태(multi-domain state)로 만들고, 상기 다중 자화 도메인 상태에 따라 달라지는 다중상태에 대한 다수의 터넬링 저항값(tunneling magnetoresistance)을 기록하여 다중의 정보를 저장하는 다축자화 강자성층으로 이루어지며, 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 터넬링 구조로 공정되는 것을 특징으로 한다.A nano electronic device for decimal information processing according to an embodiment of the present invention is a nano electronic device capable of performing decimal information processing by forming a plurality of magnetization directions and recording a resistance value corresponding thereto, Film magnetic tunneling technique. In a write operation, a pulse-shaped current is applied to form an induced magnetic field, or a spin-torque transfer process is performed to form a multi-axis magnetization ferromagnetic material having a cubic or four-fold anisotropy A method for making a material into a multi-domain state and recording a plurality of tunneling magnetoresistance for multiple states depending on the state of the multiple magnetization domains to form a multi-axis magnetized ferromagnetic layer And is characterized by being processed into a tunneling structure by using a photolithography process .
이 때, 상기 기판은 P 타입 GaAs으로 형성되며, 상기 기판의 상부에 Be로 도핑된 GaAs 층이 형성되는 것을 특징으로 한다.At this time, the substrate is formed of P type GaAs, and a GaAs layer doped with Be is formed on the substrate.
또한, 상기 다축자화 강자성층은 상기 Be로 도핑된 GaAs 층의 상부에 다축자화 강자성 물질로 형성되는 제 1 다축자화 강자성층, 상기 제 1 다축자화 강자선층의 상부에 비자성 물질로 형성되는 비자성 분리층 및 상기 비자성 분리층의 상부에 다축자화 강자성 물질로 형성되는 제 2 다축자화 강자성층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The multi-axis magnetized ferromagnetic layer includes a first multi-axis magnetized ferromagnetic layer formed on the GaAs layer doped with Be with a multi-axis magnetized ferromagnetic material, a non-magnetic And a second multi-axis magnetization ferromagnetic layer formed on the separating layer and the non-magnetic separating layer, the multi-axis magnetization ferromagnetic material.
더불어, 상기 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 상기 제 2 다축자화 강자성층의 상부에 보호막층이 형성되며, 상기 기판과 상기 보호막층이 전류단자로 구성되는 터넬링 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the nano electronic device for decimal information processing is characterized in that a protective film layer is formed on the second multi-axis magnetization ferromagnetic layer, and the substrate and the protective film layer are formed in a tunneling structure composed of current terminals .
여기서, 상기 터넬링 구조는 읽기(read) 동작시, 상기 전류단자에 센싱 전류를 흘려보내서 저장된 다수의 터넬링 저항값을 측정하여 논리값을 센싱하는 것을 특징으로 한다.
Here, the tunneling structure is characterized in that, in a read operation, a sensing current is supplied to the current terminal to measure a plurality of stored tunneling resistance values, and the logic value is sensed.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 다축자화 강자성 물질을 이용하여 단일 나노 전자 소자를 형성함으로써, 다축자화 강자성 물질의 자기도메인 구조 및 자기저항 현상을 통해 다양한 자화구조를 구성하여 십진법에 따라 정보를 처리할 수 있는 장점이 있으며,The nano electronic device for the decimal information processing of the present invention having the above-described structure forms a single nano electronic device by using a multi-axis magnetized ferromagnetic material, thereby realizing various magnetization structures And the information can be processed according to the decimal method,
다축자화 강자성 물질을 이용함으로써, 단일자화 물질의 사용에서 오는 근본 문제를 해결할 수 있다.By using a multi-axis magnetization ferromagnetic material, the fundamental problem of using a single magnetization material can be solved.
또한, 다축자화 강자성 물질의 자기도메인 구조와 자기결합 현상을 조절하여 다양한 자화구조를 구성할 수 있으며, 십진법 정보를 처리할 수 있는, 즉, 십진법 전자정보처리 시스템을 구현할 수 있는 차세대 전자소자의 창출의 효과가 있다.In addition, it is possible to construct various magnetization structures by controlling magnetic domain structure and magnetic coupling phenomenon of a multi-axis magnetization ferromagnetic material, and to create a next generation electronic device capable of processing decimal information, that is, a decimal electronic information processing system .
더불어, 원자수준의 두께를 조절하는 Molecular Beam Epitaxy(MBE) 기법, Sputtering 등의 박막 증착 기법과 포토리소그래피 공정의 나노구조 제작 공정에 관한 첨단 기술을 통해서, 차세대 전자소자 생산 뿐 만 아니라, 정보저장 및 처리 효율을 높일 수 있으며, 현재 이진법에 기반을 둔 메모리, 프로세서 등의 정보 저장 및 처리 소자가 십진법 시스템을 위한 소자로 대체됨으로써, 경제적, 산업적으로 엄청난 영향을 미칠 것으로 기대된다.
In addition, through advanced technologies such as Molecular Beam Epitaxy (MBE) technique that controls atomic thickness, thin film deposition technique such as sputtering, and nanostructure fabrication process of photolithography process, It is expected that the processing efficiency can be increased and the information storing and processing element such as the memory and the processor based on the binary method is replaced with the element for the decimal system, which will have a great economic and industrial impact.
도 1은 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자의 단축 이방성과 양축 이방성의 상대적 크기에 따른 자기에너지 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자의 자성물질에 따른 이력곡선의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자의 자화 배열 조합을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자의 자화 배열 조합과 이에 따른 터넬링 저항 상태를 나타낸 예시도이다.1 is a schematic view showing the configuration of a nano electronic device for decimal information processing according to the present invention.
2 is a magnetic energy diagram according to a relative size of uniaxial anisotropy and biaxial anisotropy of a nano electronic device for decimal information processing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exemplary view of a hysteresis curve according to a magnetic material of a nano electronic device for decimal information processing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a combination of magnetization arrays of nano electronic devices for decimal information processing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a magnetization arrangement combination of a nano electronic device for decimal information processing according to an exemplary embodiment of the present invention and a tunneling resistance state thereof.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들을 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. In addition, like reference numerals designate like elements throughout the specification.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
In this case, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In the following description and the accompanying drawings, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the description of the present invention will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자의 구성을 나타낸 개략도이다. 도 1을 참조로 하여 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자를 상세히 설명한다.
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a nano electronic device for decimal information processing according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. The nano electronic device for decimal information processing of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 다수 개의 자화방향을 형성하고 이에 대응되는 터넬링 저항값을 기록하여 십진법 정보 처리가 가능한 나노 전자 소자이다. 즉, 다축자화 물질을 기반으로 하는 자성체 나노구조에서 다중상태를 구현하고 이를 십진법 전자 정보처리 시스템에 맞는 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자이다.The nano electronic device for decimal information processing of the present invention is a nano electronic device capable of processing decimal information by forming a plurality of magnetization directions and recording the corresponding tunneling resistance value. In other words, it is a nano electronic device for implementing multi-state in a magnetic nanostructure based on a multi-axis magnetization material and processing decimal information according to a decimal electronic information processing system.
상기 나노 전자 소자는 기판 및 상기 기판의 상부에 형성되는 다축자화 강자성층으로 이루어질 수 있다.The nano-electronic device may comprise a substrate and a multi-axis magnetized ferromagnetic layer formed on the substrate.
상기 다축자화 강자성층은 상기 기판 상부에 박막 증착 기법을 이용하여 형성되고, 쓰기(write) 동작시, 펄스 형태로 전류를 인가하여 유도 자기장을 형성하거나 스핀 토크 전달에 의해 양축 자기 이방성(Cubic or four-fold anisotropy)을 갖는 다축자화 강자성 물질을 다중 자화 도메인 상태(multi-domain state)로 만들고,The multi-axis magnetized ferromagnetic layer is formed on the substrate by using a thin film deposition technique. In write operation, a current is applied in a pulse form to form an induced magnetic field, or a spin-torque transfer type magnetic field -fold anisotropy) into a multi-domain state,
상기 다중 자화 도메인 상태에 따라 달라지는 다중상태에 대한 다수의 터넬링 저항값(tunneling magnetoresistance)을 기록하여 다중의 정보를 저장할 수 있다.A plurality of information can be stored by recording a plurality of tunneling magnetoresistance for multiple states depending on the states of the multiple magnetization domains.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 상기 기판과, 상기 기판의 상부에 박막 증착 기법을 이용하여 형성되는 다축자화 강자성층으로 이루어지며, 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 터넬링 구조로 공정될 수 있다.That is, a nano-electronic device for decimal information processing according to an embodiment of the present invention includes the substrate and a multi-axis magnetization ferromagnetic layer formed on the substrate using a thin film deposition technique, and a photolithography process Can be processed into a tunneling structure.
상기 터넬링 구조에 따라, 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 읽기(read) 동작 시, 상기 기판과 보호막층으로 구성되는 전류단자에 센싱 전류를 흘려보내서 저장된 다수의 터넬링 저항값을 측정하여 논리값을 센싱할 수 있으며, 이를 통해서 십진법 전자 정보처리 시스템에 용이하게 적용할 수 있다.
According to the tunneling structure, in the nano electronic device for decimal information processing of the present invention, a sensing current is supplied to a current terminal formed of the substrate and the protective film layer during a read operation to store a plurality of stored tunneling resistance values And the logic value can be sensed. Thus, the present invention can be easily applied to a decimal electronic information processing system.
여기서, 박막 증착 기법으로, MBE(Molecular Beam Epitaxy) 기법, Sputtering 등의 종래의 널리 공지된 박막 증착 기법을 의미하며, 특정한 박막 증착 기법으로 한정하는 것은 아니다.
Here, the well-known thin film deposition technique such as MBE (Molecular Beam Epitaxy) technique and sputtering is used as a thin film deposition technique, and it is not limited to a specific thin film deposition technique.
본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 다축 자화 물질을 이용하여, 축퇴된 저항 상태의 분리가 가능하며 이는 터넬링 저항값이 자화방향에 따라 민감하게 바뀌기 때문이다.The nanodevice for decimal information processing according to an embodiment of the present invention can separate the degenerated resistance state using a multi-axis magnetization material because the tunneling resistance value changes sensitively according to the magnetization direction.
본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자의 터넬링 효과는, 두 자성층의 자화 방향의 사이의 각도에 따라 크기가 변하기 때문에, 자화의 방향에 따라 분리된 저항 값을 용이하게 측정할 수 있다.
Since the magnitude of the tunneling effect of the nanodevice for decimal information processing of the present invention changes according to the angle between the magnetization directions of the two magnetic layers, the resistance value separated according to the magnetization direction can be easily measured.
이와 같은, 터넬링 저항의 자화방향 의존 특성이 다양한 안전한 자화 상태(stable-states)를 가능하게 하며, 상기 다축자화 강자성층은 평면 내에서도 양축 이방성(biaxial anisotropy : Kc) 및 단축 이방성(Uniaxial anisotropy : Ku)에 의해서 자화 방향이 결정된다.The magnetization direction-dependent characteristics of the tunneling resistance enables various stable magnetization states. The multi-axis magnetization ferromagnetic layer has biaxial anisotropy (Kc) and uniaxial anisotropy (Ku The magnetization direction is determined.
하기의 수학식 1은 상기의 양축 이방성 및 단축 이방성 특성을 동시에 갖는 본 발명의 다축자화 강자성 물질의 자화 방향에 따른 자기에너지를 나타낸 수식이다.
The following formula (1) is a formula showing the magnetic energy according to the magnetization direction of the multiaxis magnetized ferromagnetic material of the present invention having both the anisotropic and uniaxial anisotropy characteristics.
여기서, Kc와 Ku는 각각 양축 이방성과 단축 이방성의 상수이며,Here, Kc and Ku are constants of biaxial anisotropy and uniaxial anisotropy, respectively,
H는 외부 자기장이며,H is the external magnetic field,
M은 자화 값이며,M is the magnetization value,
상기의 수학식 1에서 자기장이 없는 경우, 자기 에너지가 최소화되는 방향에서 안정한 자화상태가 유지되므로, 자화방향은 Kc와 Ku값의 상대적 크기에 의해 결정된다.In the above equation (1), when there is no magnetic field, a stable magnetization state is maintained in a direction in which magnetic energy is minimized, so the magnetization direction is determined by the relative magnitudes of Kc and Ku values.
도 2는 단축 이방성과 양축 이방성의 상대적 크기에 따른 자기에너지 다이어그램이며, 도 2의 (a)는 단축 이방성(Ku)이 지배적인 경우에 따른 자기에너지의 결정 방향과 극좌표를 나타낸 다이어그램이며, 도 2의 (b)는 양축 이방성(Kc)이 지배적인 경우에 따른 자기에너지의 결정 방향과 극좌표를 나타낸 다이어그램이다.
FIG. 2 is a diagram showing a magnetic energy diagram according to the relative sizes of the uniaxial anisotropy and the biaxial anisotropy, FIG. 2 (a) is a diagram showing the crystal orientation and polar coordinates of the magnetic energy according to the case where the uniaxial anisotropy Ku is dominant, (B) is a diagram showing a determination direction and polar coordinates of magnetic energy according to the case where the biaxial anisotropy (Kc) is dominant.
단축 이방성이 강자성 물질의 경우, 자기에너지가 단지 두 개의 안정한 상태(서로 반대의 두 자화방향)만을 가짐으로써, 자화 값이 도 3의 (a)와 같이 두 상태 사이에 일어나는 간단한 단일 이력곡선으로 나타낼 수 있다.In the case of a uniaxial ferromagnetic material, the magnetic energy has only two stable states (two magnetization directions opposite to each other), so that the magnetization value is represented by a simple single hysteresis curve occurring between the two states as shown in Fig. 3 (a) .
이러한 단축 이방성을 갖는 강자성 물질을 이용한 전자 소자는 현재 개발된 자기소자와 같이, 단지 두 논리(이진법 시스템, '0' 혹은 '1') 상태만이 가능하다.Such an electronic device using a ferromagnetic material having uniaxial anisotropy can be used in only two logic states (binary system, '0' or '1') as in the currently developed magnetic device.
따라서, 1 bit의 소자에 4개의 논리 상태를 가능케 하기 위해서는, 두 개의 자성체층의 조합이 필요하다.Thus, in order to enable four logic states in a 1-bit device, a combination of two magnetic layer layers is required.
즉, 도 3의 (b)와 같이, 스핀밸브 구조와 같은 비자성층에 의해 두 개의 자성체층이 분리된 복잡한 삼중층 구조를 통해서만 4가지의 자화상태 조합이 가능하다. 이러한 자화상태는 전자 이동시 두 개의 자성체층의 자화배열 상태에 따라, 상이하게 나타나는 터넬링 자기저항 값을 측정하여 이를 확인할 수 있다.That is, as shown in FIG. 3 (b), only four combinations of magnetization states are possible through a complex triple-layer structure in which two magnetic layers are separated by a non-magnetic layer such as a spin valve structure. This magnetization state can be confirmed by measuring the tunneling magnetoresistance value that appears differently depending on the magnetization arrangement state of the two magnetic body layers during electron movement.
현재까지 연구되어진 이러한 자성체 스핀밸브 구조에 의한 4중 상태는 두 상태의 중첩으로 인해 자화 상태를 저장하고 읽는데 여러 단계를 거려야 하는 단점이 있다.The quadruple state due to the magnetic spin valve structure, which has been studied so far, has a disadvantage in that it requires several steps to store and read the magnetization state due to the overlap of the two states.
더불어, 도 3의 (c)는 양축 이방성을 갖는 자성물질의 자화방향에 따라 4단계로 바뀌는 홀 저항 값을 나타내고 있다. 이는 스핀밸브와 같은 효과를 양축 자기 이방성을 갖는 자성물질을 이용하면 단일 층에서 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.In addition, FIG. 3 (c) shows a Hall resistance value changed in four steps according to the magnetization direction of the magnetic material having a biaxial anisotropy. It can be confirmed that the same effect as the spin valve can be obtained in a single layer by using magnetic material having biaxial magnetic anisotropy.
이에 따라, 본 발명과 같이, 양축 이방성이 강한 강자성 물질의 터넬링 효과를 이용하면, 자성체를 보다 간단한 구조로 형성하면서도 다수 개의 논리상태 스핀소자 구현이 용이하다.
Accordingly, by using the tunneling effect of the ferromagnetic material having strong biaxial anisotropy as in the present invention, it is easy to implement a plurality of logic state spin devices while forming a magnetic body with a simpler structure.
이러한 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 기판은 p-type GaAs으로 형성될 수 있으며, 상기 기판의 상부, 즉, 상기 기판 및 상기 다축자화 강자성층의 사이에 Be로 도핑된 GaAs 층이 형성되게 된다.1, the substrate may be formed of p-type GaAs, and the upper part of the substrate, that is, the substrate and the multi-axis magnetization ferromagnetic layer A GaAs layer doped with Be is formed.
여기서, 상기 기판 및 기판의 상부에 형성되는 도핑층의 물질은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 이로 한정하는 것은 아니다.
Here, the material of the substrate and the doping layer formed on the substrate is only an embodiment of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
이러한 상기 Be로 도핑된 GaAs 층의 상부에 상기 다축자화 강자성층이 형성될 수 있으며, 상기 다축자화 강자성층은 다축자화 강자성 물질인 Fe, GaMnAs 및 Permalloy 등으로 이루어질 수 있으며, 이 또한 본 발명의 일 실시예에 불과하며 이로 한정하는 것은 아니다.The multi-axis magnetized ferromagnetic layer may be formed on the Ga-doped GaAs layer. The multi-axis magnetized ferromagnetic layer may be made of Fe, GaMnAs, Permalloy, etc., which are multi-axis magnetized ferromagnetic materials. It is to be understood that the present invention is not limited thereto.
상기 다축자화 강자성층은 상술한 바와 같이, MBE(분자선 에피탁시), Sputtering 등의 박막 증착 기법을 이용하여 상기 기판 상부에 박막을 성장시킬 수 있다.As described above, the multi-axis magnetization ferromagnetic layer can be grown on the substrate using a thin film deposition technique such as MBE (molecular beam epitaxy), sputtering, or the like.
다축자화 강자성 물질을 기초로 이루어지는 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는, 시료의 자화방향을 결정하는 다축 자기 이방성을 확보하는 것이 가장 중요하며, 시료 내의 자화축은 시료의 막질, 특히, 결정성에 영향을 받기 때문에 강자성 박막 시료의 결정성이 반드시 보장되어야 한다.It is most important to secure the multiaxial magnetic anisotropy for determining the magnetization direction of the sample in the nano electronic device for decimal information processing of the present invention based on the multi-axis magnetization ferromagnetic material. The magnetization axis in the sample is the film quality of the sample, The crystallinity of the ferromagnetic thin film sample must be ensured.
이에 따라, 자기 이방성을 이용한 저항값의 변화와 유지, 외부 자기장에 의한 제어가 용이하려면 시료 자체의 자화 정렬도가 매우 뛰어나야 하기 때문에, 상기 MBE 기법을 이용하는 것이 가장 바람직하나, 이로 한정하는 것은 아니다.
Accordingly, in order to easily change and maintain the resistance value using magnetic anisotropy and control by the external magnetic field, the magnetization alignment degree of the sample itself should be very excellent. Therefore, it is most preferable to use the MBE technique, but the present invention is not limited thereto.
상기 다축자화 강자성층은 상기 Be로 도핑된 GaAs 층의 상부에 형성되는 제 1 다축자화 강자성층, 제 2 다축자화 강자성층 및 상기 제 1 다축자화 강자성층과 상기 제 2 다축자화 강자성층 사이에 형성되는 비자성 분리층으로 이루어질 수 있다.The multi-axially magnetized ferromagnetic layer includes a first multi-axes magnetized ferromagnetic layer formed on top of the Ga-doped GaAs layer, a second multi-axis magnetized ferromagnetic layer, and a second multi-axis magnetized ferromagnetic layer formed between the first multi- Magnetic separating layer.
상세하게는, 상기 제 1 다축자화 강자성층은 상기 다축자화 강자성 물질로 형성될 수 있으며, 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자에서는 상기 제 1 다축자화 강자성층을 GaMnAs로 형성하고, 두께는 50nm으로 한정하고 있으나 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
Specifically, the first multi-axis magnetized ferromagnetic layer may be formed of the multi-axis magnetized ferromagnetic material. In the nano-electronic device for decimal information processing of the present invention, the first multi-axis magnetized ferromagnetic layer is formed of GaMnAs, But it is only an embodiment of the present invention.
상기 비자성 분리층은 상기 제 1 다축자화 강자성층의 상부에 증착되고, 비자성 물질로 형성되어 상기 제 1 다축자화 강자성층과 상기 제 2 다축자화 강자성층을 분리하게 된다.The non-magnetic separation layer is deposited on the first multi-axis magnetization ferromagnetic layer and is formed of a nonmagnetic material to separate the first multi-axis magnetization ferromagnetic layer and the second multi-axis magnetization ferromagnetic layer.
본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자에서는 상기 비자성 분리층을 GaAlAs로 형성하고, 두께는 15nm으로 한정하고 있으나 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
In the nano electronic device for decimal information processing of the present invention, the non-magnetic separation layer is formed of GaAlAs and the thickness is limited to 15 nm, but this is only an embodiment of the present invention.
더불어, 상기 제 2 다축자화 강자성층은 상기 비자성 분리층의 상부에 증착되고, 상기 제 1 다축자화 강자성층과 상이한 상기 다축자화 강자성 물질 또는, 동일한 상기 다축자화 강자성 물질로 형성될 수 있으며, 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자에서는 상기 제 2 다축자화 강자성층을 Fe로 형성하고, 두께는 25nm으로 한정하고 있으나 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
In addition, the second multi-axis magnetized ferromagnetic layer may be formed of the multi-axis magnetized ferromagnetic material or the same multi-axis magnetized ferromagnetic material deposited on the non-magnetic separating layer and different from the first multi-axis magnetized ferromagnetic layer, In the nano electronic device for decimal information processing of the present invention, the second multi-axes magnetized ferromagnetic layer is formed of Fe and its thickness is limited to 25 nm, but this is merely an embodiment of the present invention.
상기 다축자화 강자성층은 상기 제 2 다축자화 강자성층의 상부에 산화철을 보호와, 센싱 전류가 흐를 수 있도록 보호막층을 형성할 수 있다.The multi-axis magnetized ferromagnetic layer can form a protective film layer so that iron oxide is protected on the second multi-axis magnetized ferromagnetic layer and a sensing current can flow.
본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자에서는 상기 보호막층을 2nm 두께의 Au로 한정하고 있으나 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
In the nano electronic device for decimal information processing of the present invention, the protective film layer is limited to Au with a thickness of 2 nm, but this is merely an embodiment of the present invention.
상기 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 상술한 바와 같이, 터넬링 구조로 형성되어 있으며, 이에 따라, 상기 기판과 상기 보호막층이 전류단자로 구성함으로써, 상기 전류단자를 통해 상기 센싱전류가 흐를 수 있다.As described above, the nano electronic device for decimal information processing is formed in a tunneling structure, whereby the substrate and the protective film layer constitute current terminals, so that the sensing current can flow through the current terminals have.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 60㎛ 직경으로 형성될 수 있으나 이 또한 본 발명의 일 실시예에 불과하다.
As shown in FIG. 1, the nano electronic device for the decimal information processing may be formed with a diameter of 60 탆, but this is also an embodiment of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 터넬링 구조로 공정될 수 있다.As described above, the nano electronic device for decimal information processing of the present invention can be processed into a tunneling structure by using a photolithography process.
즉, 상기 기판 상이 박막 성장 기법을 이용하여 박막을 성장시킨 후, 포토리소그래피 공정을 통해서 터넬링 구조의 나노 전자 소자로 공정할 수 있다.That is, after the thin film is grown on the substrate using a thin film growth technique, the thin film can be processed by a nano electron device of a tunneling structure through a photolithography process.
마이크로 이하의 영역에서 시료를 공정하기 위해서는 포토리소그래피 공정이 가장 바람직하며,A photolithography process is most preferred for processing samples in the submicron region,
이러한 포토리소그래피 공정은 세정(cleaning) 단계, 감광액 도포(photoresist coating) 단계, 소프트 베이크(soft baking) 단계, UV 노광(UV expose) 단계, 현상(development) 단계, 하드 베이크(hard baking) 단계, 산화막 제거(etching) 단계, 감광액 제거(remove photoresist) 단계로 이루어지는 세부 단계를 통해서, 시료 위에 원하는 패턴을 각인시킨 뒤 식각을 통해 원하는 형태로 공정하는 기술이다.
Such a photolithography process may include a cleaning step, a photoresist coating step, a soft baking step, a UV exposure step, a development step, a hard baking step, Etching step, and remove photoresist step, the desired pattern is imprinted on the sample, and then the desired shape is processed through etching.
본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 전하수송 방법을 통한 상기 나노 전자 소자 내부 자화 특성을 측정할 수 있다.The nano electronic device for decimal information processing of the present invention can measure the internal magnetization characteristics of the nano electronic device through a charge transport method.
자세히 알아보자면,More specifically,
상기 기판과 상기 보호막층에 의한 상기 전류단자를 통해 연결된 전극을 통해 전기적 전위차를 이용하여, 저항과 전압특성을 특정할 수 있다.A resistance and a voltage characteristic can be specified using an electric potential difference through an electrode connected through the current terminal by the substrate and the protective film layer.
전하수송 방법을 통해, 시료 내부의 자화의 방향이나, 자화의 정렬상태에 따라 변화하는 터넬링 자기저항를 측정할 수 있다.
Through the charge transport method, it is possible to measure the tunneling magnetoresistance which varies depending on the direction of magnetization in the sample and the alignment state of magnetization.
본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자를 다축자화 박막 스핀밸브 구조의 수직 배열 구조를 통한 자화상태를 측정할 경우, 도 4와 같이 자화상태를 나타낼 수 있다.When the magnetization state of the nano electronic device for decimal information processing of the present invention is measured through the vertical array structure of the multi-axis magnetization thin film spin valve structure, the magnetization state can be represented as shown in FIG.
도 4의 (a)는 단축이방성 강자성체 스핀 밸브 구조의 터넬링 저항 측정 결과이며, 도 4의 (b)는 단축 자기 이방성을 가지는 시료를 이용한 경우의 자화 배열 조합이며, 도 4의 (c)는 양축 자기 이방성을 가지는 시료를 이용한 경우의 자화 배열 조합이다.
4 (a) shows the result of measurement of the tunneling resistance of the uniaxial anisotropic ferromagnetic spin valve structure, Fig. 4 (b) shows the combination of magnetization arrangement in the case of using a sample having uniaxial magnetic anisotropy, And a combination of magnetization arrays in the case of using a sample having biaxial magnetic anisotropy.
종래의 단축 자기이방성 강자성 물질을 이용한 스핀밸브 구조에서의 터넬링 저항 측정은 도 4의 (a)와 같은 결과를 보이게 되며, 이는 각각의 자성층을 이루는 강자성 박막이 도 4의 (b)와 같이 평면상에서 단일 축으로 형성된 자화축을 가지기 때문이다.The measurement of the tunneling resistance in the spin valve structure using the conventional uniaxial magnetic anisotropic ferromagnetic material shows the result as shown in FIG. 4 (a), because the ferromagnetic thin film constituting each magnetic layer has a planar Since it has a magnetization axis formed in a single axis on the substrate.
이러한 경우, 각 자성층 내부의 자화가 왼쪽 혹은 오른쪽으로 정렬되기 때문에, 4가지 조합으로만 자화방향이 형성되게 된다.
In this case, since the magnetizations in the respective magnetic layers are aligned to the left or right, the magnetization directions are formed only in the four combinations.
반면에, 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는 동일한 구조에서 각각의 자성층을 다축 자화를 가지는 강자성 물질을 이용함으로써, 스핀 밸브 구조를 제작하는 경우보다 많은 자화방향 조합을 형성할 수 있다.On the other hand, in the nano electronic device for decimal information processing of the present invention, each magnetic layer in the same structure uses a ferromagnetic material having multi-axis magnetization, so that a combination of magnetization directions can be formed as compared with the case of manufacturing a spin valve structure.
상세하게는, 도 4의 (c)와 같이, 양축 자기 이방성을 가지는 시료를 이용하면, 각각의 자성층의 자화방향이 4방향을 가지므로 총 16개의 조합으로 자화상태를 구현할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는, 기존의 스핀 밸브 구조의 터넬링 저항 실험을 통한 저항 상태보다 더 많은 안정한 터넬링 저항 상태를 구현할 수 있으며, 이를 통해서 십진법 전자 정보처리도 용이하게 구현할 수 있다.
Specifically, as shown in FIG. 4 (c), when a sample having biaxial magnetic anisotropy is used, since the magnetization directions of the respective magnetic layers have four directions, a magnetization state can be realized by a total of 16 combinations. As described above, the nano electronic device for the decimal information processing of the present invention can realize a more stable tunneling resistance state than the resistance state through the tunneling resistance test of the conventional spin valve structure, It can be easily implemented.
본 발명의 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자를 다축자화 박막 터넬링 구조의 다중 도메인 형성에 의한 다중 저항 상태를 통한 자화상태를 측정할 경우, 도 5와 같이 자화상태를 나타낼 수 있다.When the magnetization state of the nano electronic device for decimal information processing according to the present invention is measured by the multi-domain formation of the multi-axis magnetization thin film tunneling structure, the magnetization state can be represented as shown in FIG.
도 5의 (a)는 다축 자화 물질을 이용한 다층 구조의 터넬링 자기저항 측정 결과와 자화 반전 과정에서 나타나는 자화 배열이며, 도 5의 (b)는 자화 매열 조절에 따라 생겨난 추가적인 자화 배열 조합과 저항 상태이며, 도 5의 (c)와 (d)는 다중 자화 도메인 상태에 의해 구현된 추가적인 안정한 터넬링 저항 상태이다.
5 (a) shows the result of measurement of the tunneling magnetoresistance of a multi-layer structure using a multi-axis magnetization material and the magnetization arrangement shown in the magnetization reversal process. FIG. 5 (b) shows the combination of additional magnetization arrangement And FIGS. 5 (c) and 5 (d) are additional stable tunneling resistance states implemented by multiple magnetization domain states.
강자성 물질 박막의 다층 구조 터넬링 저항 측정에서는, 일반적으로 단일 자화 도메인 상태에서 두 개의 자성층 간의 상대적 자화 배열을 측정하고 분석하여 이용하게 된다.In multi-layered tunneling resistance measurement of a ferromagnetic material thin film, the relative magnetization arrangement between two magnetic layers is generally measured and analyzed in a single magnetization domain state.
이 때, 강자성 물질을 다축 자화 박막으로 제작할 경우, 수직 배열 구조가 첨가되어, 단축 자화 박막의 경우보다 많은 자화배열 상태를 구현할 수 있어 다중 저항 상태를 형성하기가 용이하다.In this case, when a ferromagnetic material is fabricated from a multi-axis magnetized thin film, a vertical array structure is added, and it is possible to realize more magnetization arrangement states than in the case of a uniaxial thin film, thereby easily forming a multi-resistance state.
도 5는 다축 자화 박막을 이용한 터넬링 구조에서 얻을 수 있는 터넬링 저항 측정 결과로서, 도 5에 도시된 화살표는 자기장의 세기에 따라서 변하는 각 층의 자화 배열을 나타낸다.FIG. 5 shows the results of the measurement of the tunneling resistance obtained in the tunneling structure using the multi-axis magnetization thin film. The arrows shown in FIG. 5 indicate the magnetization arrangement of each layer varying with the intensity of the magnetic field.
터넬링 자기저항 값이 복잡하게 변화하는 것을 확인할 수 있으며, 이에 다라 단축 자화 박막을 이용한 터넬링 저항의 결과보다 더 많은 자화조합이 가능해짐을 확인할 수 있다.It can be seen that the tunneling magnetoresistance value changes more complicatedly, and it can be confirmed that more magnetization combination is possible than the result of the tunneling resistance using the uniaxial magnetization thin film.
즉, 한 축 선상의 평행 또는, 반평행의 자화배열과 수직 상태의 자화 배열이 동시에 생겨나면서, 다양한 저항상태가 존재할 수 있다.That is, various resistance states may exist while a parallel or antiparallel magnetization array on one axis and a magnetization array in a perpendicular state are generated at the same time.
이에 따라, 도 5의 (b), (c) 및 (d)와 같이, 서로 상이한 자화배열에 의한 다중 저항 상태를 구현할 수 있으며, 특히, 도 5의 (c) 및 (d)와 같이, 자화 반전 과증을 인위적으로 조절하여 만들어진 다중 도메인 자화 상태는 추가적인 저항 상태를 만들어내는 것을 볼 수 있다.5 (b), 5 (c) and 5 (d), it is possible to realize a multi-resistance state by different magnetization arrangements. Particularly, It can be seen that the multi-domain magnetization state created by artificially controlling the reversal hyperthesis produces an additional resistance state.
이러한 다중 도메인 자화 조합 상태는 자화 반전 과정에서 안정적으로 유지되므로, 이를 통한 십진법 전자 정보처리 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.
Since the multi domain magnetization combination state is stably maintained in the magnetization reversal process, the decimal electronic information processing system can be easily implemented.
즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는, MBE 기법을 이용하여, 다축자화 강자성 물질 박막 및 다층 구조 시료를 성장시키고, 성장된 시료를 대상으로 포토리소그래피 기술을 이용하여 마이크로미터 수준의 다축자화 강자성 물질로 이루어지는 터넬링 소자 구조를 제작함으로써, 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자를 형성할 수 있으며,That is, in other words, the nano electronic device for decimal information processing according to an embodiment of the present invention can grow a multi-axis magnetized ferromagnetic material thin film and a multi-layer structure sample using the MBE technique, Technology to fabricate a tunneling device structure composed of a multi-axis magnetized ferromagnetic material at a micrometer level, it is possible to form a nano electronic device for decimal information processing,
상기 나노 전자 소자의 도메인 구조 및 터넬링 효과 제어를 통해, 십진법 전자 정보처리 시스템을 용이하게 수행할 수 있다.
Through the domain structure of the nano electronic device and the control of the tuning effect, a decimal electronic information processing system can be easily performed.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한 정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to specific embodiments such as specific components and exemplary embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, fall within the scope of the present invention .
Claims (5)
기판; 및
상기 기판 상에 박막 증착 기법을 이용하여 형성되고, 쓰기(write) 동작시, 펄스 형태로 전류를 인가하여 유도 자기장을 형성하거나 스핀 토크 전달에 의해, 양축 자기 이방성(Cubic or four-fold anisotropy)을 갖는 다축자화 강자성 물질을 다중 자화 도메인 상태(multi-domain state)로 만들고,
상기 다중 자화 도메인 상태에 따라 달라지는 다중상태에 대한 다수의 터넬링 저항값(tunneling magnetoresistance)을 기록하여 다중의 정보를 저장하는 다축자화 강자성층;으로 이루어지며,
포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 터넬링 구조로 공정되며,
상기 다축자화 강자성층은
상기 기판의 상부에 다축자화 강자성 물질로 형성되는 제 1 다축자화 강자성층, 상기 제 1 다축자화 강자성층의 상부에 비자성 물질로 형성되는 비자성 분리층, 상기 비자성 분리층의 상부에 다축자화 강자성 물질로 형성되는 제 2 다축자화 강자성층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자.
A nano electronic device capable of performing decimal information processing by forming a plurality of magnetization directions and recording a resistance value corresponding thereto,
Board; And
The substrate is formed on the substrate using a thin film deposition technique. During the write operation, a current is applied in a pulse form to form an induction magnetic field, or a spin-torque transfer process to form a cubic or four-fold anisotropy The multi-axis magnetized ferromagnetic material having a multi-domain state is converted into a multi-domain state,
And a multi-axis magnetization ferromagnetic layer storing a plurality of information by recording a plurality of tunneling magnetoresistance for multiple states depending on the state of the multiple magnetization domains,
Is processed into a tunneling structure using a photolithography process,
The multi-axis magnetized ferromagnetic layer
A first multi-axis magnetized ferromagnetic layer formed on the substrate above the multi-axis magnetized ferromagnetic material; a non-magnetic separation layer formed on the first multi-axis magnetized ferromagnetic layer on the non-magnetic material; And a second multi-axis magnetization ferromagnetic layer formed of a ferromagnetic material.
상기 기판은
P 타입 GaAs으로 형성되며,
상기 기판의 상부에 Be로 도핑된 GaAs 층이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자.
The method according to claim 1,
The substrate
P type GaAs,
And a GaAs layer doped with Be is further formed on the substrate.
상기 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자는
상기 제 2 다축자화 강자성층의 상부에 보호막층이 형성되며,
상기 기판과 상기 보호막층이 전류단자로 구성되는 터넬링 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자.
The method according to claim 1,
The nano electronic device for decimal information processing
A protective film layer is formed on the second multi-axis magnetization ferromagnetic layer,
Wherein the substrate and the protective film layer are formed of a tunneling structure having current terminals.
상기 터넬링 구조는
읽기(read) 동작시, 상기 전류단자에 센싱 전류를 흘려보내서 저장된 다수의 터넬링 저항값을 측정하여 논리값을 센싱하는 것을 특징으로 하는 십진법 정보 처리를 위한 나노 전자 소자.5. The method of claim 4,
The tunneling structure
Wherein a sensing current is supplied to the current terminal during a read operation to measure a plurality of stored tuning resistance values and sense a logic value.
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| KR1020140057126A KR101563549B1 (en) | 2014-05-13 | 2014-05-13 | Nano electronic device for decimal information processing |
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| CN109243511A (en) * | 2018-09-12 | 2019-01-18 | 山东大学 | A method of control free layer domain structure realizes that ten state data store in magnetic tunnel junction |
| CN109243511B (en) * | 2018-09-12 | 2021-08-20 | 山东大学 | Method for controlling free layer domain structure to realize ten-state data storage in magnetic tunnel junction |
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