KR20100062220A - 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그의 동작방법 - Google Patents

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Abstract

자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그의 동작방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 정보저장장치는 1비트에 대응하는 자구를 복수 개 커버하는 크기를 갖는 동작유닛(operating unit)을 포함한다.

Description

자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그의 동작방법{Information storage device using magnetic domain wall movement and method of operating the same}
자구벽 이동을 이용한 정보저장장치 및 그의 동작방법에 관한 것이다.
전원이 차단되더라도 기록된 정보가 유지되는 비휘발성 정보저장장치는 HDD(hard disk drive)와 비휘발성 RAM(ramdom access memory) 등이 있다.
최근에는 자성 물질의 자구벽(magnetic domain wall) 이동 원리를 이용하는 새로운 정보저장장치에 관한 연구가 이루어지고 있다.
자구 및 자구벽의 이동 원리를 이용하는 정보저장장치 및 그 동작방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 다수의 자구 및 그들 사이에 자구벽을 갖는 자성트랙; 상기 자성트랙에 연결된 자구벽 이동수단; 및 상기 자구 중 적어도 두 개를 커버하는 크기를 갖는 동작유닛(operating unit);을 포함한다.
상기 동작유닛에 연결된 임시 정보저장소자가 더 구비될 수 있다.
상기 임시 정보저장소자는 비휘발성 메모리소자일 수 있다.
상기 임시 정보저장소자는 상기 동작유닛이 커버하는 상기 자구들과 동일한 수의 메모리셀로 구성될 수 있다.
상기 동작유닛과 상기 임시 정보저장소자 사이에 이들과 연결된 제어소자가 더 구비될 수 있다.
상기 동작유닛은 기록유닛, 재생유닛 및 기록/재생유닛 중 어느 하나일 수 있다.
상기 동작유닛은 TMR(tunnel magneto resistance) 소자 또는 GMR(giant magneto resistance) 소자일 수 있다.
상기 동작유닛은 제1동작유닛이며, 상기 제1동작유닛과 이격된 제2동작유닛이 더 구비될 수 있다.
상기 제1 및 제2동작유닛 중 하나는 기록유닛이고, 다른 하나는 재생유닛일 수 있다.
상기 제2동작유닛은 상기 다수의 자구 중 연속된 적어도 두 개를 커버할 수 있다.
상기 제1 및 제2동작유닛이 커버하는 상기 자구들의 수는 동일할 수 있다.
상기 제1 및 제2동작유닛에 연결된 임시 정보저장소자가 더 구비될 수 있다.
상기 제2동작유닛은 TMR 소자 또는 GMR 소자일 수 있다.
상기 제1 및 제2동작유닛은 서로 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제1동작유닛은 상기 자성트랙의 일단에 구비될 수 있고, 상기 제2동작유닛은 상기 자성트랙의 타단에 구비될 수 있다.
상기 자성트랙에 복수의 상기 동작유닛이 서로 이격하여 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 다수의 자구 및 그들 사이에 자구벽을 갖는 자성트랙, 상기 자성트랙에 연결된 자구벽 이동수단 및 상기 자구 중 적어도 두 개를 커버하는 크기를 갖는 동작유닛을 포함하는 정보저장장치의 동작방법에 있어서, 상기 자성트랙에 정보를 기록하는 기록단계를 포함하고, 상기 기록단계는 상기 동작유닛에 제1기록전류를 인가하여 상기 동작유닛이 커버하는 자구들을 동일한 제1방향으로 자화시키는 단계;를 포함하는 정보저장장치의 동작방법을 제공한다.
상기 기록단계는 상기 제1기록전류를 인가하는 단계 후, 상기 자성트랙의 자구벽을 적어도 1비트 만큼 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기록단계는 상기 자구벽을 적어도 1비트 만큼 이동시키는 단계 후, 상 기 동작유닛에 제2기록전류를 인가하여 상기 동작유닛이 커버하는 자구들을 동일한 제2방향으로 자화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1기록전류에 의한 자화 방향과 상기 제2기록전류에 의한 자화 방향은 서로 반대일 수 있다.
상기 기록단계는 상기 제2기록전류를 인가하는 단계 후, 상기 자성트랙의 자구벽을 적어도 1비트 만큼 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기록단계 전, 상기 자성트랙의 상기 자구들을 모두 동일한 방향으로 자화시키는 단계를 수행할 수 있다.
상기 정보저장장치는 상기 동작유닛에 연결된 임시 정보저장소자를 더 포함할 수 있다.
상기 임시 정보저장소자는 상기 동작유닛이 커버하는 상기 자구들과 동일한 수의 메모리셀로 구성될 수 있다.
본 실시예의 동작방법은 상기 자성트랙에 기록하는 정보를 상기 임시 정보저장소자에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 동작방법은 상기 자성트랙에 기록된 정보를 재생하는 재생단계를 더 포함할 수 있고, 상기 재생단계에서 상기 임시 정보저장소자의 정보를 이용할 수 있다.
상기 재생단계는 상기 동작유닛 또는 별도의 재생유닛을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 재생단계는 상기 동작유닛 또는 재생유닛이 커버하는 자구들의 정보를 읽는 제1단계; 상기 자성트랙의 자구벽을 1비트 만큼 이동시키는 제2단계; 및 상기 제2단계 후, 상기 동작유닛 또는 재생유닛이 커버하는 자구들의 정보를 읽는 제3단계;를 포함할 수 있다.
상기 재생단계는 상기 제1단계에서 읽은 정보를 상기 임시 정보저장소자에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 재생단계는 상기 제3단계에서 읽은 정보와 상기 임시 정보저장소자에 저장된 정보를 비교하여 상기 제2단계에 의해 신규로 상기 동작유닛 또는 재생유닛이 형성된 영역으로 이동된 자구의 정보를 판별하는 판별단계를 포함할 수 있다.
상기 판별단계 후, 상기 임시 정보저장소자의 정보를 상기 제3단계에서 읽은 정보와 동일하게 만드는 단계를 더 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 다수의 자구 및 그들 사이에 자구벽을 갖는 자성트랙, 상기 자성트랙에 연결된 자구벽 이동수단 및 상기 자구 중 적어도 두 개를 커버하는 크기를 갖는 동작유닛을 포함하는 정보저장장치의 동작방법에 있어서, 상기 자성트랙의 자구벽을 1비트 만큼 이동시키는 단계; 및 상기 자구벽 이동에 의해 상기 자성트랙의 상기 동작유닛이 형성된 영역(이하, 제1영역)에 새로 들어온 자구의 정보를 판별하는 판별단계;를 포함하는 정보저장장치의 동작방법을 제공한다.
상기 판별단계는 상기 자구벽 이동 후의 상기 제1영역의 정보와 상기 자구벽 이동 전의 상기 제1영역의 정보를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 정보저장장치는 상기 자구벽 이동 전의 상기 제1영역의 정보를 저장하기 위한 임시 정보저장소자를 더 포함할 수 있다.
상기 판별단계 후, 상기 임시 정보저장소자의 정보를 상기 자구벽 이동 후의 상기 제1영역의 정보와 동일하게 만드는 단계를 더 수행할 수 있다.
본 실시예의 동작방법은 상기 자구벽 이동에 의해 상기 자성트랙의 상기 제1영역에서 나간 정보를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제1영역에서 나간 정보에 따라 상기 정보의 판별 방식을 다르게 할 수 있다.
1비트에 대응하는 자구영역보다 큰 유닛을 사용해서 단위 자구영역에 대한 정보의 기록 및 재생을 수행할 수 있다. 따라서 자구영역의 크기를 작게하여 기록밀도를 높일 수 있고, 기록/재생유닛을 용이하게 형성할 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 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자구벽 이동을 이용한 정보저장장치를 보여준다.
도 1을 참조하면, 소정 방향, 예컨대, X축 방향으로 뻗어 있는 자성트랙(100)이 구비될 수 있다. 자성트랙(100)은 강자성(ferromagnetic) 물질로 형성된 정보저장트랙일 수 있다. 자성트랙(100)은 연속된 다수의 자구영역(D)을 가질 수 있고, 인접한 두 개의 자구영역(D)들 사이에 자구벽영역(DW)이 구비될 수 있다. 자 구벽영역(DW)은 이차원적으로 도시되어 있지만, 실제는 소정의 부피를 갖는 3차원적 영역일 수 있고, 도핑영역이거나 노치(notch)가 형성된 영역일 수 있다. 다시 말해, 도핑이나 노치(notch)를 형성하는 방법 등으로 자구벽영역(DW)을 한정할 수 있다. 여기서, 노치(notch)는 자성트랙(100)의 Y축 방향에 따른 양측면에 형성된 것일 수 있다. 자구벽영역(DW)이 한정됨에 따라, 자구영역(D)이 한정될 수 있다.
자성트랙(100)에 연결된 자구벽 이동수단(150)이 구비될 수 있다. 자구벽 이동수단(150)은 전원을 포함할 수 있다. 상기 전원은 펄스 전류를 발생시키는 전류원일 수 있다. 자구벽 이동수단(150)은 상기 전원과 자성트랙(100) 사이에 트랜지스터나 다이오드와 같은 스위칭소자를 더 포함할 수 있다. 도 1에서 자구벽 이동수단(150)은 자성트랙(100)의 일단에 연결된 것으로 도시되어 있지만, 자성트랙(100)의 타단 또는 양단에 연결될 수 있다. 자구벽 이동수단(150)에서 자성트랙(100)으로 인가되는 전류에 의해 자구영역(D)에 위치하는 자구 및 자구벽영역(DW)에 위치하는 자구벽이 소정 방향으로 이동될 수 있다. 전자와 전류의 방향은 반대이므로, 자구 및 자구벽은 전류와 반대 방향으로 이동될 수 있다.
자성트랙(100)의 제1영역(A1)에 제1유닛(200)이 구비될 수 있다. 제1유닛(200)은 다수의 자구영역(D) 중 연속된 적어도 두 영역을 덮을 수 있다. 즉, 상기 제1영역(A1)은 연속된 적어도 두 개의 자구영역(D) 및 그들 사이의 자구벽영역(DW)을 포함할 수 있다. 제1유닛(200) 동작유닛(operating unit)일 수 있다. 예컨대, 제1유닛(200)은 기록유닛, 재생유닛 및 기록/재생유닛 중 어느 하나로서, 구체적으로, TMR(tunnel magneto resistance) 효과를 이용하는 소자(이하, TMR 소자) 이거나, GMR(giant magneto resistance) 효과를 이용하는 소자(이하, GMR 소자)일 수 있다. 도 1에서 제1유닛(200)은 제1영역(A1)의 하면에 구비된 것으로 도시하였지만, 하면이 아닌 상면에 구비되거나, 하면 및 상면에 나눠서 구비될 수도 있다. 제1유닛(200)에 대해서는 추후에 보다 자세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1유닛(200)에 연결된 임시저장소자(300)가 더 구비될 수 있다. 임시저장소자(300)는 제1유닛(200)으로 읽은 정보를 임시로 저장하기 위한 소자일 수 있다. 또한 임시저장소자(300)는 제1유닛(200)으로 자성트랙(100)에 기록한 정보를 저장하기 위한 소자일 수도 있다. 임시저장소자(300)는 일반적인 비휘발성 메모리소자, 예컨대, SRAM(static RAM), 플래시 메모리(NAND 또는 NOR) 또는 그 밖의 다른 형태의 메모리일 수 있다. 임시저장소자(300)는 제1유닛(200)이 형성된 자성트랙(100) 영역, 즉, 제1영역(A1)의 자구영역(D)의 수에 대응하는 메모리셀(C)을 가질 수 있다. 이러한 임시저장소자(300)는 부피가 작고, 종래의 반도체 공정을 이용해서 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 임시저장소자(300)는 기록밀도 및 집적도에 거의 영향을 주지 않으며, 제조공정적 어려움도 유발하지 않을 수 있다.
제1유닛(200)과 임시저장소자(300) 사이에 그들(200, 300)과 연결된 제어소자(250)가 구비될 수 있다. 제어소자(250)는 저항측정 및 논리연산 등을 수행하는 소자일 수 있다. 이러한 제어소자(250)에 의해 제1영역(A1)의 정보와 임시저장소자(300)의 정보를 검출 및 비교할 수 있고, 제1유닛(200)으로 읽은 제1영역(A1)의 정보를 임시저장소자(300)에 기록할 수 있다. 구체적으로, 제어소자(250)는 적어도 하나의 감지소자와 그와 연결된 적어도 하나의 논리소자 등을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 감지소자에 의해 제1영역(A1)과 임시저장소자(300)의 정보가 검출될 수 있고, 상기 적어도 하나의 논리소자에 의해 상기 제1영역(A1)의 정보와 임시저장소자(300)의 정보가 비교될 수 있다. 또한, 제어소자(250)는 정보기록을 위한 전류제어장치를 더 포함할 수 있고, 상기 전류제어장치에 의해 제1영역(A1)에서 읽은 정보를 임시저장소자(300)에 기록할 수 있다.
도 1 및 도 2에서 제1유닛(200)이 형성된 제1영역(A1)은 자성트랙(100)의 소정 영역, 예컨대, 중앙부일 수 있지만, 제1유닛(200)의 형성 위치는 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1유닛(200)은 자성트랙(100)의 일단 또는 타단에 구비될 수 있다. 여기서 도시하지는 않았지만, 도 3 및 도 4의 구조는 도 1의 자구벽 이동수단(150)을 포함할 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4의 구조는 도 2의 제어소자(250) 및 임시저장소자(300)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여, 도 1 내지 도 4의 제1유닛(200)의 구조를 보다 구체적으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 제1유닛(200A)은 자성트랙(100)의 하면 및 상면 중 하나, 예컨대, 하면에 구비된 제1고정층(pinned layer)(40a)을 포함할 수 있고, 제1고정층(40a)과 자성트랙(100) 사이에 개재된(interposed) 제1분리층(20a)을 포함할 수 있다. 제1분리층(20a)은 절연층이거나 도전층일 수 있다. 제1분리층(20a)이 절연층인 경우, 제1유닛(200A)은 TMR 소자이고, 제1분리층(20a)이 도전층인 경우, 제1유닛(200A)은 GMR 소자이다. 이때, 제1유닛(200A)이 구비된 자성트랙(100) 부분을 제 1유닛(200A)의 일부로 볼 수도 있다. 또한 제1유닛(200A)은 제1고정층(40a) 하면에 구비된 제1전극(60a)과 자성트랙(100) 상에 구비된 제2전극(60b)을 더 포함할 수 있다. 제2전극(60b)과 자성트랙(100) 사이에는 자성트랙(100)보다 전기 저항이 높은 저항성층(30)이 더 구비될 수 있다. 저항성층(30)은 자성트랙(100)에 자구 및 자구벽 이동을 위한 전류를 인가했을 때, 상기 전류가 제1유닛(200A)으로 누설되는 것을 방지하는 전기적 베리어(barrier)와 같은 역할을 할 수 있고, 제1전극(60a)과 제2전극(60b) 사이에 전류를 인가했을 때는 그 흐름을 거의 방해하지 않을 수 있다. 이를 위해, 저항성층(30)은 적절한 전기 저항을 갖는 물질로, 적당히 얇은 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 저항성층(30)의 비저항은 자성트랙(100)의 비저항의 500∼10000배, 좁게는, 1000∼3000배 정도일 수 있다. 이러한 비저항차를 위해, 자성트랙(100)은 NiFe, Co, CoNi, CoFe, CoCr, CoCu, NiCu, FePt, FePd, CoCrPt, CoFeTb, CoFeGd , CoTb 및 CoFeNi중 어느 하나로 형성하고, 저항성층(30)은 비정질의 CoZrNb 및 CoFeB 중 어느 하나로 형성하거나 Si, B 등의 불순물을 포함하여 높은 비저항을 갖는 자성물질로 형성할 수도 있다. 제1분리층(20a)이 도전층인 경우, 자성트랙(100)과 제1분리층(20a) 사이에도 상기 저항성층(30)과 동일한 층이 더 구비될 수 있다.
도 5에 도시하지는 않았지만, 제1고정층(40a)과 제1전극(60a) 사이에 제1고정층(40a)의 자화 방향을 고정시키기 위한 적어도 하나의 층이 더 구비될 수 있다. 상기 적어도 하나의 층은 반강자성층(anti-ferromagnetic layer)을 포함할 수 있다. 제1고정층(40a)의 자화 방향을 고정시키기 위한 층(또는 층들)의 구성은 잘 알 려진 바, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다. 또한 제1고정층(40a)과 제1분리층(20a) 사이에 자유층(free layer)이 더 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 자유층과 제1고정층(40a) 사이에 다른 분리층이 더 구비될 수 있다.
도 6은 도 5의 제1유닛(200A)과 다른 구조의 제1유닛(200B)을 보여준다.
도 6을 참조하면, 제1유닛(200B)은 자성트랙(100)의 하면에 구비된 제1고정층(40a)과 자성트랙(100)의 상면에 구비된 제2고정층(40b)을 포함할 수 있다. 제1고정층(40a)과 제2고정층(40b)의 자화 방향은 서로 반대일 수 있다. 제1고정층(40a)과 자성트랙(100) 사이에 제1분리층(20a)이 구비될 수 있고, 제2고정층(40b)과 자성트랙(100) 사이에 제2분리층(20b)이 구비될 수 있다. 제1분리층(20a) 및 제2분리층(20b)은 절연층이거나 도전층일 수 있다. 제1분리층(20a) 및 제2분리층(20b)이 도전층인 경우, 제1분리층(20a)과 자성트랙(100) 사이 및 제2분리층(20b)과 자성트랙(100) 사이에 도 5의 저항성층(30)과 동일한 층이 구비될 수 있다. 제1고정층(40a) 하면에 제1전극(60a)이 구비될 수 있고, 제2고정층(40b) 상면에 제2전극(60b)이 구비될 수 있다. 자성트랙(100)의 아래 및 위에 서로 반대의 자화 방향을 갖는 제1 및 제2고정층(40a, 40b)이 구비된 제1유닛(200B)의 경우, 제1유닛(200B)을 이용해서 기록동작을 수행할 때, 제1 및 제2고정층(40a, 40b)으로부터 자성트랙(100)으로 스핀 전이 토크(spin transfer torque)가 가해질 수 있다. 때문에, 제1유닛(200B)을 사용하면, 도 5의 제1유닛(200A)을 사용하는 경우보다 작은 전류로 정보를 기록할 수 있다.
도 6에 도시하지는 않았지만, 제1고정층(40a)과 제1분리층(20a) 사이 및 제2 고정층(40b)과 제2분리층(20b) 사이 중 적어도 하나에 자유층(free layer)이 더 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 자유층과 그에 대응하는 고정층(40a 및/또는 40b) 사이에 다른 분리층이 더 구비될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 정보의 기록방법 및 재생방법을 설명하도록 한다.
<기록방법>
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 정보의 기록방법을 보여준다. 본 실시예에서는 도 5의 제1유닛(200A)이 자성트랙(100)의 일단에 구비된 정보저장장치를 사용한다. 이때, 제1유닛(200A)은 기록유닛 또는 기록/재생유닛이고, 제1고정층(40a)은 제1방향(D1)(즉, X축 방향)으로 자화된 상태이다. 제1고정층(40a)에 도시한 화살표는 그의 자화 방향을 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 초기 상태에서 자성트랙(100)의 모든 자구영역(D)은 소정 방향, 예컨대, 제2방향(D2)(즉, X축의 역방향)으로 자화되어 있을 수 있다. 다시 말해, 기록동작을 수행하기 전, 자성트랙(100)의 자구영역(D)들을 모두 동일한 방향으로 자화시키는 초기화(initialization) 단계를 수행할 수 있다. 상기 초기화 단계는 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 일례로, 제1유닛(200A)에 어느 한 방향의 기록전류를 인가하면서 자성트랙(100)의 모든 자구가 제1유닛(200A)을 통과하도록 함으로써, 자성트랙(100)의 모든 자구영역(D)을 동일한 방향으로 자화시킬 수 있다. 그러나 상기 초기화 단계는 선택적(optional)이다. 경우에 따라서는, 다수의 자구영역(D) 중 일부는 제1방향(D1)으로, 나머지는 제2방향(D2)으로 자화되어 있을 수 있고, 또는 자구영역(D)들이 특정 방향으로 자화되지 않은 상태일 수도 있다.
도 7b를 참조하면, 제2전극(60b)에서 제1전극(60a)으로 제1기록전류를 인가하면, 제1전극(60a)에서 제2전극(60b)으로 전자들이 이동된다. 상기 전자들에 의해 제1유닛(200A)이 형성된 자구영역(D)들의 자화 방향이 제1방향(D1)으로 반전될 수 있다. 즉, 상기 전자들이 통과하는 자구영역(D)들은 제1고정층(40a)과 동일한 자화 방향을 가질 수 있다. 이는 제1방향(D1)의 스핀을 갖는 전자들만 제1고정층(40a)을 통과하여 자성트랙(100)에 스핀 전이 토크(spin transfer torque)를 인가하기 때문이다.
도 7c를 참조하면, 자성트랙(100)에 제2방향(D2)으로 자구벽 이동전류를 인가하면, 자성트랙(100) 내에서 자구벽을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시킬 수 있다. 곧, 자구영역(D)들의 자구들을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시킬 수 있다. 따라서 제1유닛(200A) 바로 오른쪽에 위치한 자구영역(D)은 제1방향(D1)으로 자화된 자구를 가질 수 있다. 제1방향(D1)으로 자화된 자구는 정보 "0"에 대응될 수 있다. 한편, 자성트랙(100)의 왼쪽 끝 자구영역(D)의 자구는 제1방향(D1)의 자화 방향을 가질 수 있다. 이는 오른쪽 방향으로 자구벽을 이동시킬 때, 자성트랙(100)의 왼쪽 끝에 위치하는 자구는 바로 옆 자구영역(D)으로 확장될 수 있기 때문이다. 만약, 제1유닛(200A) 왼쪽에 다른 자구영역이 존재한다면, 그 자구영역의 자구가 오른쪽으로 1비트 만큼 이동될 수 있다.
도 7d를 참조하면, 제1전극(60a)에서 제2전극(60b)으로 제2기록전류를 인가하면, 제2전극(60b)에서 제1전극(60a)으로 전자들이 이동된다. 상기 전자들에 의해 제1유닛(200A)이 형성된 자구영역(D)들의 자화 방향이 제2방향(D2), 즉, 제1고정층(40a)의 자화 방향과 반대 방향으로 반전될 수 있다. 이는 제1방향(D1)의 스핀을 갖는 전자들은 제1고정층(40a)을 통과하여 제1전극(60a)으로 빠져나가지만, 제2방향(D2)의 스핀을 갖는 전자들은 제1고정층(40a)을 통과하지 못하고 자성트랙(100)으로 되돌아와 자성트랙(100)에 스핀 전이 토크(spin transfer torque)를 인가하기 때문이다.
도 7e를 참조하면, 자성트랙(100)에 제2방향(D2)으로 자구벽 이동전류를 인가하면, 자성트랙(100) 내에서 자구벽을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시킬 수 있다. 곧, 자구영역(D)들의 자구들을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시킬 수 있다. 따라서 제1유닛(200A) 바로 오른쪽에 위치한 자구영역(D)은 제2방향(D2)으로 자화된 자구를 가질 수 있다. 제2방향(D2)으로 자화된 자구는 정보 "1"에 대응될 수 있다. 이때, 도 7c 단계에서 제1유닛(200A) 바로 오른쪽에 위치하던 자구, 즉, 정보 "0"에 대응하는 자구는 오른쪽으로 1비트 만큼 이동될 수 있다.
만약, 도 7c 단계에서 자구벽을 한 차례 더 오른쪽으로 이동시키면, 제1유닛(200A) 오른쪽의 두 개의 자구영역(D)에 정보 "0"이 기록될 수 있다. 이와 유사하게, 도 7e 단계에서 자구벽을 한 차례 더 오른쪽으로 이동시키면, 제1유닛(200A) 오른쪽의 두 개의 자구영역(D)에 정보 "1"이 기록될 수 있다.
이와 같이, 제1유닛(200A)에 소정의 기록전류를 인가하는 단계와, 자성트랙(100) 내에서 자구벽을 적어도 1비트 만큼 이동시키는 단계를 반복하면, 제1유닛(200A) 오른쪽의 자성트랙(100)에 일련의 정보를 기록할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e에 도시하지는 않았지만, 제1유닛(200A)에 연결된 임시저장소자(도 2의 임시저장소자(300)와 등가)가 구비될 수 있다. 이 경우, 제1유닛(200A)으로 자성트랙(100)에 기록하는 정보를 상기 임시저장소자에 저장할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 도 7b 단계에서 상기 임시저장소자의 첫번째 셀에 "0"에 대응하는 정보를 저장할 수 있고, 도 7c 단계에서 상기 첫번째 셀에 저장된 정보 "0"을 두번째 셀로 옮길 수 있다. 도 7d 단계에서는 상기 임시저장소자의 첫번째 메모리셀에 "1"에 대응하는 정보를 저장할 수 있고, 도 7e 단계에서 상기 첫번째 및 두번째 셀에 저장된 정보를 각각 두번째 및 세번째 셀로 옮길 수 있다. 도 7c 및 도 7e 단계에서는 상기 임시저장소자의 N번째 셀의 정보가 N+1번째 셀로 옮겨질 수 있다. 이와 같은 방법으로, 자성트랙(100)에 기록하는 정보를 상기 임시저장소자에 저장할 수 있다. 따라서, 기록동작을 완료했을 때, 상기 기록동작에서 최종적으로 기록한 다섯 개의 정보가 상기 임시저장소자에 저장되어 있을 수 있다. 이렇게 임시저장소자에 저장된 정보는 정보 재생동작시 이용될 수 있다. 이에 대해서는, 추후에 보다 상세히 설명한다.
도 6의 제1유닛(200B)을 이용한 기록방법은 기본적으로 도 7a 내지 도 7e의 방법과 유사할 수 있다. 다만, 도 6의 제1유닛(200B)을 사용하면, 자성트랙(100)의 아래 및 위쪽의 두 개의 고정층(40a, 40b)으로부터 자성트랙(100)으로 스핀 전이 토크(spin transfer torque)가 인가될 수 있으므로, 작은 전류로도 기록동작을 수행할 수 있다.
<재생방법>
본 발명의 실시예에 따른 정보저장장치의 정보 재생과정을 설명하기에 앞서 정보 재생을 위해 필요한 기본적인 원리에 대해 설명한다.
도 5에서 제1유닛(200A)이 덮고 있는 자구영역(D)은 다섯 개이다. 이 다섯 개의 자구영역(D)에 "0" 또는 "1"의 정보가 기록되어 있을 수 있다. 이때, 정보 "0"이 제1고정층(40a)과 동일한 자화 방향을 갖는다면, 정보 "1"은 제1고정층(40a)과 반대의 자화 방향을 갖는다. 즉, 정보 "0"이 제1고정층(40a)과 평행상태(parallel state)이면, 정보 "1"은 제1고정층(40a)과 반평행상태(anti-parallel state)이다. 재생전류의 크기는 제1유닛(200A)이 덮고 있는 상기 다섯 개의 자구영역(D)에서 정보 "1"의 개수가 몇 개인가에 따라 달라질 수 있다. 제1유닛(200A)이 덮고 있는 다수의 자구영역(D) 중에서 제1고정층(40a)과 반평행상태인 자구영역(D)의 수가 많을수록 상기 재생전류의 크기는 작아질 수 있다.
부가적으로, 상기 재생전류는 제1전극(60a)과 제2전극(60b) 사이에 인가하거나, 제1전극(60a)과 자성트랙(100)의 양단 중 어느 하나 사이에 인가할 수 있다. 제1전극(60a)과 자성트랙(100)의 양단 중 하나 사이에 상기 재생전류를 인가하더라도, 제1유닛(200A)이 형성된 자구영역(D)들을 제외한 나머지 자구영역(D)들의 자화 상태는 상기 재생전류에 큰 영향을 주지 않을 수 있다. 즉, 제1유닛(200A)이 형성된 자구영역(D)들의 자화 상태가 상기 재생전류의 크기를 결정하는 지배적인(dominant) 역할을 할 수 있다. 한편, 도 6의 제1유닛(200B)의 경우, 제1전극(60a) 및 제2전극(60b) 중 어느 하나와 자성트랙(100)의 양단 중 어느 하나 사이에 상기 재생전류를 인가할 수 있다.
도 8은 도 5에서 제1유닛(200A)이 덮고 있는 다섯 개의 자구영역(D) 중에서 제1고정층(40a)과 반평행상태인 자구영역(D)의 수(K)가 증가함에 따라, 재생전류으 크기, 다시 말해, 제1 및 제2전극(60a, 60b) 사이 또는 제1전극(60a)과 자성트랙(100)의 양단 중 어느 하나 사이의 전기 저항(이하, "제1유닛(200A)으로 측정한 저항"이라 함)이 어떻게 변화되는지를 보여주는 그래프이다. 이때, 상기 다섯 개의 자구영역(D) 중 제1고정층(40a)과 평행상태인 자구영역(D)의 수는 5-K 이다. 도 8에서 참조부호 S1 내지 S6은 각각 제1유닛(200A)이 가질 수 있는 다양한 상태(제1 내지 제6상태)를 나타내고, 그 아래 괄호 안의 숫자는 제1고정층(40a)과 반평행상태인 자구영역(D)의 수를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 제1고정층(40a)과 반평행상태인 자구영역(D)의 수는 0에서 5까지 변화될 수 있고, 제1고정층(40a)과 반평행상태인 자구영역(D)의 수가 증가함에 따라, 제1유닛(200A)으로 측정한 저항은 커지는 것을 알 수 있다.
도 8의 결과는 수학적 계산에 의해서도 뒷받침될 수 있다. 이에 대해 설명하면 다음과 같다. 자구영역(D)들은 제1전극(60a)과 제2전극(60b) 사이에 병렬로 연결되어 있다고 할 수 있다. 그리고 자성비(magnetic ratio)(MR)가 100% 라고 가정하면, 반평행상태의 저항(RAP)은 평행상태의 저항(RP)의 2배이다. 이 경우, 총 저항(RT)은 다음의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112008082869230-PAT00001
수학식 1에서 N은 제1유닛(200A)이 덮고 있는 자구영역(D)의 총 수를 나타내고, K는 제1유닛(200A)이 덮고 있는 다수의 자구영역(D) 중 제1고정층(40a)과 반평행상태인 자구영역(D)의 수를 나타낸다.
만약, 수학식 1에서 N이 5이면, 총 저항(RT)은 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008082869230-PAT00002
수학식 2에서 K는 0, 1, 2, 3, 4 또는 5일 수 있다. K가 0, 1, 2, 3, 4 및 5일때, 각각의 총 저항(RT)을 계산하면, 0.2×Rp, 0.222×Rp, 0.25×Rp, 0.286×Rp, 0.333×Rp 및 0.4×Rp 이다. 이와 같이, 수학적 계산에 의해서도 제1유닛(200A)이 덮고 있는 다수의 자구영역(D) 중 제1고정층(40a)과 반평행상태인 자구영역(D)의 수(K)가 증가함에 따라, 총 저항(RT)이 증가함을 알 수 있다.
이하에서는, 도 9a 내지 도 9g를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 정보의 재생방법을 설명한다. 본 실시예에서는 도 5의 제1유닛(200A)이 자성트랙(100)의 소정 영역에 구비되고, 제1유닛(200A)에 도 2의 제어소자(250) 및 임시저장소 자(300)가 연결된 정보저장장치를 사용한다. 이때, 제1유닛(200A)은 재생유닛 또는 기록/재생유닛이고, 제1고정층(40a)은 제1방향(D1)으로 자화된 상태이다. 제1고정층(40a)에 도시한 화살표는 그의 자화 방향을 나타낸다. 도 9a 내지 도 9g에서 "0"이 표시된 자구영역(D)은 제1방향(D1)으로 자화된 자구를 갖고, "1"이 표시된 자구영역(D)은 제2방향(D2)으로 자화된 자구를 갖는다. 이는 도 10a 내지 도 10e에서도 마찬가지이다. 그리고 이하에서는 제1유닛(200A)이 형성된 자성트랙(100) 영역을 "재생영역"이라 한다. 또한 상기 재생영역의 자구영역(D)들을 왼쪽부터 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)이라 한다.
도 9a를 참조하면, 초기 상태에서 상기 재생영역의 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)들은 모두 "0"에 대응하는 정보를 가질 수 있다. 즉, 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)들은 제1방향(D1)으로 자화된 상태, 다시 말해, 제1고정층(40a)과 평행상태일 수 있다. 이때, 제1유닛(200A)으로 측정한 저항은 도 8의 제1상태(S1)에 대응될 수 있다. 이때, 임시저장소자(300)의 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)에는 모두 "0"에 대응하는 정보가 기록되어 있을 수 있다. 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)에는 별도의 기록장치(writer)를 이용해서 정보를 기록할 수 있다. 상기 기록장치는 제어소자(250)에 포함되어 있거나, 제어소자(250)와 별도로 존재할 수도 있다. 이와 같이, 상기 초기 상태에서 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)의 정보와 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)에 정보는 동일할 수 있다. 한편, 재생하고자 하는 정보들은 제1유닛(200A)의 일측, 예컨대, 좌측에 존재할 수 있다.
도 9b를 참조하면, 자성트랙(100)에 제2방향(D2)으로 전류를 인가하여 자구 벽을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시킬 수 있다. 이에 상기 재생영역으로 "1"에 대응하는 정보가 들어오고, 상기 재생영역에서 "0"에 대응하는 정보가 나갈 수 있다. 다음, 제1유닛(200A)으로 상기 재생영역의 정보를 검출할 수 있다. 즉, 제1유닛(200A)으로 상기 재생영역의 저항을 측정할 수 있다. 자구벽 이동에 의해 재생영역으로 정보 "1"이 들어오고, 재생영역에서 정보 "0"이 나갔으므로, 제1유닛(200A)으로 검출한 정보는 도 8의 제2상태(S2)에 대응하는 정보("AP1")일 수 있다. 이렇게 상기 재생영역의 정보를 검출함과 아울러 임시저장소자(300)의 정보도 검출할 수 있다. 임시저장소자(300)의 정보는 도 8의 제1상태(S1)에 대응하는 정보("AP0")일 수 있고, 이는 상기 자구벽 이동 전의 상기 재생영역의 정보에 대응될 수 있다. 상기 재생영역 및 상기 임시저장소자(300)의 정보 검출은 제어소자(250)에 포함되는 적어도 하나의 감지소자를 이용해서 수행할 수 있다.
다음, 상기 재생영역의 정보("AP1")와 임시저장소자(300)의 정보("AP0")를 비교할 수 있다. 이러한 비교는 제어소자(250)에 구비된 적어도 하나의 논리소자에 의해 수행될 수 있다. 상기 정보 "AP1" 와 정보 "AP0" 이 각각 논리값 1 및 0에 대응된다면, 상기 비교단계에서 논리값 1에 대응하는 정보 "AP1"이 논리값 0에 대응하는 정보 "AP0"보다 크다는 것이 확인될 수 있다. 이는 곧 상기 자구벽 이동 후, 제1유닛(200A)으로 측정한 상기 재생영역의 저항이 자구벽 이동 전보다 증가했음을 의미한다. 따라서, 상기 자구벽 이동에 의해 상기 재생영역으로 새로 들어온 정보가 "1" 임을 알 수 있다. 다시 말해, 자구벽 이동에 의해 상기 재생영역에서 정보 "0"이 나간 경우, 제1유닛(200A)으로 측정한 상기 재생영역의 저항이 자구벽 이동 전보다 증가했다면, 상기 재생영역으로 새로 들어온 정보는 "1" 임을 알 수 있다. 이것이 곧 자구벽 이동에 의해 상기 재생영역으로 새로 들어온 정보에 대한 재생과정일 수 있다.
도 9c를 참조하면, 도 9b 단계에서 상기 재생영역으로 들어온 정보, 즉, 정보 "1"에 대응하는 정보를 임시저장소자(300)의 제1메모리셀(c1)에 기록할 수 있다. 이러한 기록동작은 제어소자(250)에 포함되는 전류제어장치를 이용해서 수행할 수 있다. 또한, 이때 도 9b의 제1 내지 제4메모리셀(c1∼c4)의 정보는 각각 제2 내지 제5메모리셀(c2∼c5)로 이동시킬 수 있다. 이러한 정보의 이동동작은 상기 전류제어장치에 의해 수행되거나, 별도의 기록장치(writer)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 도 9c에서 임시저장소자(300)의 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)의 정보는 각각 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)의 정보에 대응될 수 있다. 이와 같이, 임시저장소자(300)의 정보를 상기 재생영역의 정보와 동일하게 만들어 줌으로서, 임시저장소자(300)의 정보를 다음 번 재생동작시 참조 정보로 사용할 수 있다.
도 9d를 참조하면, 자성트랙(100)에 제2방향(D2)으로 전류를 인가하여 자구벽을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 재생영역으로 "0"에 대응하는 정보가 들어오고, 상기 재생영역에서 "0"에 대응하는 정보가 나갈 수 있다. 다음, 제1유닛(200A)으로 상기 재생영역의 정보를 검출할 수 있다. 즉, 제1유닛(200A)으로 상기 재생영역의 저항을 측정할 수 있다. 자구벽 이동에 의해 재생영역으로 정보 "0"이 들어오고, 재생영역에서 정보 "0"이 나갔으므로, 제1유닛(200A)으로 검출한 정보는 도 8의 제2상태(S2)에 대응하는 정보("AP1")일 수 있다. 이렇게 상기 재생영역의 정보를 검출함과 아울러 임시저장소자(300)의 정보도 검출할 수 있다. 임시저장소자(300)의 정보는 도 8의 제2상태(S2)에 대응하는 정보("AP1")일 수 있고, 이는 상기 자구벽 이동 전의 상기 재생영역의 정보에 대응될 수 있다. 다음, 상기 재생영역의 정보("AP1")와 임시저장소자(300)의 정보("AP1")를 비교할 수 있다. 상기 비교단계에서 두 정보가 동일한 것이 확인될 수 있다. 이는 곧 상기 자구벽 이동 후 제1유닛(200A)으로 측정한 상기 재생영역의 저항이 자구벽 이동 전과 동일함을 의미한다. 따라서, 상기 자구벽 이동에 의해 상기 재생영역으로 새로 들어온 정보가 "0" 임을 알 수 있다.
도 9e를 참조하면, 도 9d 단계에서 상기 재생영역으로 들어온 정보, 즉, 정보 "0"에 대응하는 정보를 임시저장소자(300)의 제1메모리셀(c1)에 기록할 수 있다. 또한 도 9d의 제1 내지 제4메모리셀(c1∼c4)의 정보는 각각 제2 내지 제5메모리셀(c2∼c5)로 이동시킬 수 있다. 따라서, 도 9e에서 임시저장소자(300)의 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)의 정보는 각각 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)의 정보에 대응될 수 있다. 이러한 도 9e의 동작은 도 9c의 그것과 유사하다.
도 9f를 참조하면, 자성트랙(100)에 제2방향(D2)으로 전류를 인가하여 자구벽을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 재생영역으로 "1"에 대응하는 정보가 들어오고, 상기 재생영역에서 "0"에 대응하는 정보가 나갈 수 있다. 이와 같이, 정보 "1"이 들어오고, 정보 "0"이 나간 경우, 제1유닛(200A)으로 검출한 정보는 도 8의 제3상태(S3)에 대응하는 정보("AP2")일 수 있다. 한편, 임시저장소자(300)의 정보는 상기 자구벽 이동 전의 상기 재생영역의 상 태에 대응하는 정보("AP1")일 수 있다. 그리고 재생영역의 정보("AP2")와 임시저장소자(300)의 정보("AP1")를 비교함으로써, 상기 자구벽 이동에 의해 상기 재생영역으로 새로 들어온 정보가 "1" 임을 알 수 있다.
도 9g를 참조하면, 도 9c 및 도 9e에서와 동일한 방법으로 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)의 정보를 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)의 정보와 동일하게 만들 수 있다.
전술한 재생과정에서 자구벽 이동에 의해 상기 재생영역에서 나간 정보의 종류가 중요할 수 있다. 왜냐하면, 동일한 정보가 들어왔다하더라도 정보 "0"이 나간 경우와 정보 "1"이 나간 경우의 저항 변화가 다를 수 있기 때문이다. 도 9a 내지 도 9g는 모두 정보 "0"이 나간 경우에 대한 것이다. 이때에는, 정보 "1"이 들어오면 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 저항이 증가하고, 정보 "0"이 들어오면 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 저항이 그대로 유지될 수 있다. 그러나 정보 "1"이 나간 경우에는, 정보 "1"이 들어오면 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 저항이 그대로 유지되고, 정보 "0"이 들어오면 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 저항이 감소할 수 있다. 따라서 자구벽 이동에 의해 재생영역에서 나간 정보가 무엇이냐에 따라 정보의 판별 방식을 달리할 필요가 있다.
이하에서는 자구벽 이동에 의해 정보 "1"이 나간 경우의 재생방법에 대해 설명한다. 도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정보저장장치의 재생방법을 보여준다.
도 10a를 참조하면, 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5) 정보는 각각 0, 1, 0, 1, 1 일 수 있고, 이때, 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)의 정보도 각각 0, 1, 0, 1, 1 일 수 있다. 이러한 정보의 배열은 일례에 불과하다.
도 10b를 참조하면, 자성트랙(100)에 제2방향(D2)으로 전류를 인가하여 자구벽을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 재생영역으로 "1"에 대응하는 정보가 들어오고, 상기 재생영역에서 "1"에 대응하는 정보가 나갈 수 있다. 이와 같이, 정보 "1"이 들어오고, 정보 "1"이 나간 경우, 상기 재생영역의 저항은 그대로 유지될 수 있다. 따라서 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 정보("AP3")와 임시저장영역(300)의 정보("AP3")가 동일하면, 정보 "1"이 들어온 것으로 판별한다.
도 10c를 참조하면, 도 10b 단계에서 상기 재생영역으로 들어온 정보, 즉, 정보 "1"에 대응하는 정보를 임시저장소자(300)의 제1메모리셀(c1)에 기록할 수 있다. 또한, 도 10b의 제1 내지 제4메모리셀(c1∼c4)의 정보는 각각 제2 내지 제5메모리셀(c2∼c5)로 이동시킬 수 있다. 따라서, 도 10c에서 임시저장소자(300)의 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)의 정보는 각각 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)의 정보에 대응될 수 있다.
도 10d를 참조하면, 도 10b와 유사한 방법으로 자구벽을 이동시킬 수 있다. 이때, 재생영역으로 정보 "0"이 들어오고, 상기 재생영역에서 정보 "1"이 나갈 수 있다. 이 경우, 제1유닛(200A)으로 측정한 상기 재생영역의 저항은 감소할 수 있다. 따라서 제1유닛(200A)으로 측정한 상기 재생영역의 정보("AP2")와 임시저장소자(300)의 정보("AP3")를 비교하여, 상기 재생영역의 정보("AP2")의 논리값이 임시 저장소자(300)의 정보("AP3")의 논리값보다 작은 것으로 확인되면, 상기 자구벽 이동에 의해 재생영역으로 정보 "0"이 들어온 것으로 판별한다.
도 10e를 참조하면, 도 10c에서와 동일한 방법으로 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)의 정보를 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)의 정보와 동일하게 만들 수 있다.
이와 같이, 재생과정에서 동일한 정보가 재생영역으로 들어왔다하더라도 정보 "0"이 나간 경우와 정보 "1"이 나간 경우의 저항 변화가 다르기 때문에, 자구벽 이동에 의해 상기 재생영역에서 나간 정보의 종류가 중요할 수 있다. 그러므로, 자구벽 이동에 의해 상기 재생영역에서 나간 정보가 무엇인지를 확인한 후, 그에 따라 정보 판별 방식을 달리해야 한다. 만약, 나간 정보가 "0"이면, 자구벽 이동 후 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 저항이 증가하였으면, 정보 "1"이 들어온 것으로 인식해야 한다. 반면, 나간 정보가 "1"이면, 자구벽 이동 후 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 저항이 그대로 유지되었으면, 정보 "1"이 들어온 것으로 인식해야 한다. 또한, 나간 정보가 "0"이면, 자구벽 이동 후 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 저항이 그대로 유지되었으면, 정보 "0"이 들어온 것으로 인식해야 하고, 나간 정보가 "1"이면, 자구벽 이동 후 제1유닛(200A)으로 측정한 재생영역의 저항이 감소하였으면, 정보 "0"이 들어온 것으로 인식해야 한다. 나간 정보가 어떤 것이었는지는, 예컨대, 자구벽 이동 전에 임시저장소자(300)의 제5메모리셀(c5)에 저장된 정보에 의해 확인될 수 있다. 왜냐하면, 제1 내지 제5메모리셀(c1∼c5)의 상태는 제1 내지 제5자구영역(d1∼d5)의 상태와 동일하게 유지될 수 있기 때문이다. 그러므로, 제5메모리셀(c5)의 정보를 확인하고, 그에 따라 정보 판별 방식을 달리해야 한다. 나간 정보의 종류는 두 가지이므로, 정보 판별 방식은 두 가지 일 수 있고, 두 가지 재생방식 중 하나를 선택하는 것은 제어소자(250)에 포함된 논리소자에 의해 수행될 수 있다. 이러한 논리소자에 대해서는 당업자라면 알 수 있다고 여겨지는 바, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1의 구조와 같이, 제1유닛(200)이 자성트랙(100)의 단부가 아닌 소정의 제1영역(A1)에 구비된 경우, 제1영역(A1)은 자성트랙(100)의 중앙부일 수 있다. 이 경우, 제1유닛(200) 일측의 자성트랙(100) 영역은 버퍼영역일 수 있고, 타측의 자성트랙(100) 영역은 유효한 저장영역일 수 있다. 즉, 제1유닛(200) 일측의 자성트랙(100)의 자구영역(D)들의 자구들을 제1유닛(200)의 타측으로 이동시키면서, 정보의 기록 및 재생을 수행할 수 있고, 기록 및 재생이 완료된 후에는 제1유닛(200)의 타측으로 이동된 자구들을 다시 제1유닛(200)의 일측으로 이동시킬 수 있다. 따라서 이러한 정보저장장치에서는 자구벽을 X축 및 X축의 역방향으로 이동시킬 수 있다.
도 1의 구조는 다양한 변형 구조를 가질 수 있다. 그 일례가 도 11에 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 자성트랙(100)에 제1 및 제2유닛(200, 200')이 구비될 수 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200')은 자성트랙(100)의 단부 이외의 소정 영역에 서로 인접하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200')은 그들(200, 200') 사이에 자구영역(D) 없이 근접 배치될 수 있지만, 적어도 하나의 자구영역(D)을 사이에 두고 배치될 수도 있다. 본 도면은 제1 및 제2유닛(200, 200') 사이에 자구영역(D) 이 없는 경우이다. 편의상, 제1 및 제2유닛(200, 200')은 서로 접촉된 것으로 도시하였지만, 실제는 분리된 것일 수 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200') 사이의 자구벽영역(DW)은 소정의 부피를 가질 수 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200') 중 하나는 자성트랙(100)의 하면에, 다른 하나는 상면에 구비시킬 수도 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200') 중 하나, 예컨대, 제1유닛(200)은 기록유닛일 수 있고, 다른 하나, 예컨대, 제2유닛(200')은 재생유닛일 수 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200') 사이에 두 유닛(200, 200')에 연결된 임시저장소자(300)가 구비될 수 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200') 중 적어도 어느 하나, 예컨대, 제2유닛(200')과 임시저장소자(300) 사이에는 제어소자(250)가 더 구비될 수 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200')의 구조는 동일할 수 있지만, 다를 수도 있다. 제1유닛(200)을 이용해서 자성트랙(100)에 다수의 정보를 기록할 수 있고, 제2유닛(200')을 이용해서 기록된 정보를 재생할 수 있다. 상기 정보의 기록단계에서 자성트랙(100)에 기록되는 정보를 임시저장소자(300)에 저장할 수 있고, 임시저장소자(300)에 저장된 정보는 상기 재생단계에서 이용될 수 있다. 이하에서는, 도 11의 정보저장장치를 이용한 정보의 기록 및 재생방법을 보다 상세하게 설명한다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11의 정보저장장치의 동작방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 12a를 참조하면, 제1유닛(200)에 제1기록전류를 인가하고, 자구벽을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시켜, 제1유닛(200)의 오른쪽 첫번째 자구영역(D)에 "0"을 기록할 수 있다. 이 과정에서, 임시저장소자(300)의 제1메모리셀(c1)에도 "0"을 기록할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 제1유닛(200)에 제2기록전류를 인가하고, 자구벽을 제1방향(D1)으로 1비트 만큼 이동시켜, 제1유닛(200)의 오른쪽 첫번째 자구영역(D)에 "1"을 기록할 수 있다. 제1유닛(200)의 오른쪽 두번째 자구영역(D)에는 도 12a 단계에서 기록한 정보 "0"이 위치될 수 있다. 이 과정에서, 임시저장소자(300)의 제1메모리셀(c1)에 "1"을 기록할 수 있다. 원래 제1메모리셀(c1)에 존재하던 정보 "0"은 제2메모리셀(c2)로 옮겨질 수 있다. 이와 같이, 제1유닛(200)으로 자성트랙(100)에 기록하는 정보를 임시저장소자(300)에 저장할 수 있다.
도 12c는 소정의 기록동작이 완료된 정보저장장치를 보여준다.
도 12c를 참조하면, 제1유닛(200) 오른쪽의 자구영역(D)들에 소정의 정보가 기록되어 있다. 제2유닛(200')이 형성된 자성트랙 영역의 정보(0,1,1,0,1)와 임시저장소자(300)의 정보(0,1,1,0,1)가 동일하다. 즉, 기록동작에서 기록된 마지막 다섯 개의 정보가 임시저장소자(300)에 저장되어 있다. 이후, 자성트랙(100)의 자구벽을 제2방향(D2)으로 1비트씩 이동시키면서, 제2유닛(200')을 이용해서 기록된 정보를 재생할 수 있다. 정보 재생방법은 도 9a 내지 도 10e를 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있다. 재생동작을 시작할 때, 제2유닛(200')이 형성된 자성트랙 영역의 정보와 임시저장소자(300)의 정보는 동일할 수 있다. 즉, 정보의 재생을 위해 자구벽을 이동하기 전 제2유닛(200')이 형성된 자성트랙(100) 영역의 정보와 임시저장소자(300)의 정보가 동일할 수 있다. 그러므로 재생동작시 임시저장소자(300)의 정보는 비교 정보로서 이용될 수 있다. 재생동작을 수행하는 동안에는, 도 9a 내지 도 10e를 참조하여 설명한 바와 같이, 임시저장소자(300)는 제2유닛(200')이 형성된 자성트랙(100) 영역의 정보와 동일한 정보를 갖도록 갱신(update)될 수 있다.
만약, 제1 및 제2유닛(200, 200') 사이에 적어도 하나의 자구영역(D)이 존재하는 경우라면, 기록동작을 완료한 후, 자성트랙(100) 내에서 자구벽을 이동시켜 제2유닛(200')이 형성된 자성트랙(100) 영역의 정보와 임시저장소자(300)의 정보를 동일하게 만들 수 있다. 예컨대, 도 12c에서 제1 및 제2유닛(200, 200') 사이에 다섯 개의 자구영역(D)이 존재한다면, 제1방향(D1)으로 자구벽을 5비트 만큼 이동시키면, 제2유닛(200')이 형성된 자성트랙(100) 영역의 정보와 임시저장소자(300)의 정보가 동일해 질 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명이 다른 실시예들에 따른 정보저장장치를 보여주는 단면도이다.
도 13을 참조하면, 자성트랙(100)의 일단에 제1유닛(200)이 구비될 수 있고, 자성트랙(100)의 타단에 제2유닛(200')이 구비될 수 있다. 제1 및 제2유닛(200, 200') 중 하나, 예컨대, 제1유닛(200)은 기록유닛일 수 있고, 다른 하나, 예컨대, 제2유닛(200')은 재생유닛일 수 있다. 제2유닛(200')에 임시저장소자(300)가 연결될 수 있고, 제2유닛(200')과 임시저장소자(300) 사이에 제어소자(250)가 구비될 수 있다. 이와 같은 정보저장장치를 이용한 정보의 재생방법에서는, 자구벽을 1비트 단위로 이동시키면서, 제2유닛(200')으로 자성트랙(100)의 타단에서 정보를 재생하고, 재생한 정보를 제1유닛(200)을 이용해서 자성트랙(100)의 일단에 기록할 수 있다. 즉, 자성트랙(100)의 타단에서 재생한 정보를 일단에 전사(transfer)할 수 있다. 자구벽을 이동시키면서 타단의 재생 정보를 일단에 전사하는 과정을 반복하면, 자성트랙(100)의 정보 재생과정을 마쳤을 때, 자성트랙(100)의 상태는 재생과정을 시작하기 전과 동일할 수 있다. 따라서, 한 방향으로만, 즉, 자성트랙(100)의 일단에서 타단방향으로만 자구벽을 이동시키면서 정보를 재생하는 것이 가능하다. 여기서, 도시하지는 않았지만, 제2유닛(200')으로 읽은 정보를 제1유닛(200)에 전달하기 위한 다른 제어소자가 제1 및 제2유닛(200, 200') 사이에 더 구비될 수 있다. 상기 다른 제어소자는 임시저장소자(300) 또는 제어소자(250)와 연결될 수 있다. 한편, 정보의 기록을 위해서는, 제1유닛(200)에 소정의 기록전류를 인가하고, 자구벽을 자성트랙(100)의 타단쪽으로 이동시킬 수 있다. 이러한 기록방법은 도 7a 내지 도 7e를 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정보저장장치를 보여준다.
도 14를 참조하면, 도 1의 제1유닛(200)과 등가항 다수의 유닛, 예컨대, 세 개의 유닛(이하, 제3 내지 제5유닛)(200a, 200b, 200c)이 자성트랙(100)에 서로 이격하여 구비될 수 있다. 제3 내지 제5유닛(200a, 200b, 200c)은 기록/재생유닛일 수 있다. 도시하지는 않았지만, 제3 내지 제5유닛(200a, 200b, 200c) 각각에 제어소자 및 임시저장소자가 연결될 수 있다. 제3 내지 제5유닛(200a, 200b, 200c)은 등간격으로 구비될 수 있고, 제3 내지 제5유닛(200a, 200b, 200c)에 의해 자성트랙(100)이 네 개의 영역(이하, 제1 내지 제4영역)(R1∼R4)으로 분할될 수 있다. 제1영역(R1)은 자성트랙(100)의 왼쪽 끝에서 제3유닛(200a)의 왼쪽 끝까지의 영역이고, 제2영역(R2)은 제3유닛(200a)의 오른쪽 끝에서 제4유닛(200b)의 왼쪽 끝까지의 영역이고, 제3영역(R3)은 제4유닛(200b)의 오른쪽 끝에서 제5유닛(200c)의 왼쪽 끝까지의 영역이고, 제4영역(R4)은 제5유닛(200c)의 오른쪽 끝에서 자성트랙(100)의 오른쪽 끝까지의 영역일 수 있다. 이러한 정보저장장치를 이용한 정보의 기록방법에서는, 자구벽을 제1방향(D1)으로 이동시키면서, 제3 내지 제5유닛(200a, 200b, 200c)을 이용해서 소정의 정보를 기록함으로써, 제2 내지 제4영역(R2∼R4)의 자구영역(D)들에 소정의 정보를 기록할 수 있다. 그리고 기록된 정보를 재생할 때는, 자구벽을 제2방향(D2)으로 이동시키면서 제3 내지 제5유닛(200a, 200b, 200c)을 이용해서 정보를 재생할 수 있다. 그리고 재생과정이 완료된 후에는 정보를 재생과정 전의 위치로 이동시킬 수 있다. 이 경우, 제1영역(R1)은 버퍼영역으로 사용될 수 있다. 이렇게 다수의 유닛을 사용해서 기록 및 재생을 수행하면, 기록 및 재생속도를 높일 수 있다. 또한 도 1에서와 같이 하나의 유닛(200)을 사용하는 경우보다 자성트랙(100)에서 버퍼영역 대비 유효 저장영역이 비율을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 자구영역(D)보다 큰 유닛을 사용해서 단위 자구영역(D)에 대한 정보의 기록 및 재생을 수행할 수 있다. 따라서 자구영역(D)의 크기를 작게하여 기록밀도를 높일 수 있고, 기록유닛, 재생유닛 또는 기록/재생유닛을 용이하게 형성할 수 있다. 예컨데 자구는 10nm 정도의 폭을 갖도록 만들 수 있고, 기록유닛, 재생유닛 또는 기록/재생유닛은 50~60nm 정도의 폭을 갖도록 형성할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예 들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 6, 도 11, 도 13 및 도 14의 구조는 다양하게 변형될 수 있고, 도 7a 내지 도 7e, 도 9a 내지 도 10e 및 도 12a 내지 도 12c의 동작방법도 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한 도 7a 내지 도 7e 및 도 9a 내지 도 10e에서는 자성트랙(100) 및 제1고정층(40a)이 수평 자기이방성을 갖는 경우에 대해서 도시하였지만, 자성트랙(100) 및 제1고정층(40a) 그리고, 제2고정층(40b)은 수직 자기이방성을 가질 수도 있다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 정보저장장치를 보여주는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 정보저장장치에 구비될 수 있는 기록/재생유닛을 보여주는 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 정보저장장치의 정보 기록방법을 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 정보저장장치에 구비될 수 있는 재생유닛의 상태별 저항을 보여주는 그래프이다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 실시예에 따른 정보저장장치의 정보 재생방법을 보여주는 단면도이다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정보저장장치의 정보 재생방법을 보여주는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 정보저장장치를 보여주는 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 도 11의 정보저장장치의 동작방법을 보여주는 단면도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 정보저장장치를 보여주는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
A1 : 제1영역 c1∼c5, C : 메모리셀
d1∼d5, D : 자구영역 D1, D2 : 제1 및 제2방향
DW : 자구벽 20a, 20b : 분리층
30 : 저항성층 40a, 40b : 고정층
60a, 60b : 전극 100 : 자성트랙
150 : 자구벽 이동수단 200, 200A, 200B : 제1유닛
250 : 제어소자 300 : 임시저장소자

Claims (35)

  1. 다수의 자구 및 그들 사이에 자구벽을 갖는 자성트랙;
    상기 자성트랙에 연결된 자구벽 이동수단; 및
    상기 자구 중 적어도 두 개를 커버하는 크기를 갖는 동작유닛;을 포함하는 정보저장장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작유닛에 연결된 임시 정보저장소자를 더 포함하는 정보저장장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 임시 정보저장소자는 비휘발성 메모리소자인 정보저장장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 임시 정보저장소자는 상기 동작유닛이 커버하는 상기 자구들과 동일한 수의 메모리셀로 구성되는 정보저장장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 동작유닛과 상기 임시 정보저장소자 사이에 이들과 연결된 제어소자를 더 포함하는 정보저장장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작유닛은 기록유닛, 재생유닛 및 기록/재생유닛 중 하나인 정보저장장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작유닛은 TMR 소자 또는 GMR 소자인 정보저장장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작유닛은 제1동작유닛이며,
    상기 제1동작유닛과 이격된 제2동작유닛을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2동작유닛 중 하나는 기록유닛이고, 다른 하나는 재생유닛인 정보저장장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2동작유닛은 상기 다수의 자구 중 연속된 적어도 두 개를 커버하는 정보저장장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2동작유닛이 커버하는 상기 자구들의 수는 동일한 정보저장장 치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2동작유닛에 연결된 임시 정보저장소자를 더 포함하는 정보저장장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2동작유닛은 TMR 소자 또는 GMR 소자인 정보저장장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2동작유닛은 서로 인접하게 배치된 정보저장장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1동작유닛은 상기 자성트랙의 일단에 구비되고,
    상기 제2동작유닛은 상기 자성트랙의 타단에 구비된 정보저장장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성트랙에 복수의 상기 동작유닛이 서로 이격하여 구비된 정보저장장치.
  16. 다수의 자구 및 그들 사이에 자구벽을 갖는 자성트랙, 상기 자성트랙에 연결된 자구벽 이동수단 및 상기 자구 중 적어도 두 개를 커버하는 크기를 갖는 동작유닛을 포함하는 정보저장장치의 동작방법에 있어서,
    상기 자성트랙에 정보를 기록하는 기록단계를 포함하고,
    상기 기록단계는 상기 동작유닛에 제1기록전류를 인가하여 상기 동작유닛이 커버하는 자구들을 동일한 제1방향으로 자화시키는 단계;를 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 기록단계는,
    상기 제1기록전류를 인가하는 단계 후, 상기 자성트랙의 자구벽을 적어도 1비트 만큼 이동시키는 단계를 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 기록단계는,
    상기 자구벽을 적어도 1비트 만큼 이동시키는 단계 후, 상기 동작유닛에 제2기록전류를 인가하여 상기 동작유닛이 커버하는 자구들을 동일한 제2방향으로 자화시키는 단계;를 더 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1기록전류에 의한 자화 방향과 상기 제2기록전류에 의한 자화 방향은 서로 반대인 정보저장장치의 동작방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 기록단계는,
    상기 제2기록전류를 인가하는 단계 후, 상기 자성트랙의 자구벽을 적어도 1비트 만큼 이동시키는 단계를 더 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 기록단계 전,
    상기 자성트랙의 상기 자구들을 모두 동일한 방향으로 자화시키는 단계를 더 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 정보저장장치는 상기 동작유닛에 연결된 임시 정보저장소자를 더 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 임시 정보저장소자는 상기 동작유닛이 커버하는 상기 자구들과 동일한 수의 메모리셀로 구성되는 정보저장장치의 동작방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 자성트랙에 기록하는 정보를 상기 임시 정보저장소자에 저장하는 단계 를 더 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 자성트랙에 기록된 정보를 재생하는 재생단계를 더 포함하고,
    상기 재생단계에서 상기 임시 정보저장소자의 정보를 이용하는 정보저장장치의 동작방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 재생단계는 상기 동작유닛 또는 별도의 재생유닛을 사용하여 수행하는 정보저장장치의 동작방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 재생단계는,
    상기 동작유닛 또는 재생유닛이 커버하는 자구들의 정보를 읽는 제1단계;
    상기 자성트랙의 자구벽을 1비트 만큼 이동시키는 제2단계; 및
    상기 제2단계 후, 상기 동작유닛 또는 재생유닛이 커버하는 자구들의 정보를 읽는 제3단계;를 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 재생단계는,
    상기 제1단계에서 읽은 정보를 상기 임시 정보저장소자에 저장하는 단계를 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 재생단계는,
    상기 제3단계에서 읽은 정보와 상기 임시 정보저장소자에 저장된 정보를 비교하여 상기 제2단계에 의해 신규로 상기 동작유닛 또는 재생유닛이 형성된 영역으로 이동된 자구의 정보를 판별하는 판별단계를 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 판별단계 후,
    상기 임시 정보저장소자의 정보를 상기 제3단계에서 읽은 정보와 동일하게 만드는 단계를 더 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  31. 다수의 자구 및 그들 사이에 자구벽을 갖는 자성트랙, 상기 자성트랙에 연결된 자구벽 이동수단 및 상기 자구 중 적어도 두 개를 커버하는 크기를 갖는 동작유닛을 포함하는 정보저장장치의 동작방법에 있어서,
    상기 자성트랙의 자구벽을 1비트 만큼 이동시키는 단계; 및
    상기 자구벽 이동에 의해 상기 자성트랙의 상기 동작유닛이 형성된 영역(이하, 제1영역)에 새로 들어온 자구의 정보를 판별하는 판별단계;를 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 판별단계는 상기 자구벽 이동 후의 상기 제1영역의 정보와 상기 자구벽 이동 전의 상기 제1영역의 정보를 비교하는 단계를 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 정보저장장치는 상기 자구벽 이동 전의 상기 제1영역의 정보를 저장하기 위한 임시 정보저장소자를 더 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 판별단계 후,
    상기 임시 정보저장소자의 정보를 상기 자구벽 이동 후의 상기 제1영역의 정보와 동일하게 만드는 단계를 더 포함하는 정보저장장치의 동작방법.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 자구벽 이동에 의해 상기 자성트랙의 상기 제1영역에서 나간 정보를 확인하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1영역에서 나간 정보에 따라 상기 정보의 판별 방식을 다르게 하는 정보저장장치의 동작방법.
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