본 기술은 나노정보저장기술에 관련된 기술로서 크게 정보저장용 나노자성물질, 나노자성박막의 자기적 특성 측정 시스템 및 자기메모리 소자인 Mangnetic Random Access Memory(MRAM)의 새로운 스핀스위칭 구동 및 구동장치로 이루어진다. - 정보저장용 나노자성물질 Magneto-Optical(MO) 기록 매체로 사용 가능한 Ni/Pt 다층박막 및 MO 기록매체 제작을 위한 새로운 개념의 media 구조와 제작방법 개발. -나노자성박막 자기적 특성 측정 시스템 1. 광자기 현미경 자력계는 400 나노미터 분해능으로 자성박막의 실시간 자구거동현상 측정이 가능한 장비로서, 8000개 국소영역의 동시 측정이 가능하다. 2. 박막 스트레스(응력) 측정장치는 광섬유 다발을 이용한 변위 측정 장치를 이용하여, 박막제조시 발생하는 응력을 실시간, 초고감도로 측정이 가능한 박막 응력 측정 시스템이다. 3. 광자기ㆍ타원 분광기는 빛의 파장을 바꾸어가면서 측정할 수 있는 광자기 커 분광기와 광학적 특성을 측정할 수 있는 분광타원 해석기를 하나의 장비로서 측정이 가능한 시스템이다. - MRAM의 스핀스위칭 구동 및 구동장치 MRAM에 사용되는 자기기록 메모리셀의 스핀스위칭 구동을 압전박막층을 각 셀에 삽입하여 인장응력을 변조함으로써 자성박막의 자발 스핀 용이축을 가역적으로 제어하는 기술.- Ni/Pt 다층박막은 고밀도의 광자기 기록에 적합한 기록매체로서 ,소정의 두께와 적층수를 가지는 니켈층 및 백금층의 다층으로 구성되어 상온에서 수직자기이방성을 가지는 광자기 기록매체임. - 광자기 현미경 자력계는 편광현미경을 이용하여 400 나노미터의 공간분해능으로 실시간으로 자구거동현상 측정이 가능하며, 8000개의 국소영역의 자기적 특성을 동시에 측정가능함. 박막 스트레스 측정장치는 단 원자층 두께의 박막에 의해 야기되는 스트레스 측정이 가능하며, 이를 위해 광섬유 다발로 이루어진 초고감도 변위 측정장치를 사용함. 독립적으로 운용되어지던 광자기 커 분광기와 분광타원 해석기를 통합하여 한가지 장비를 이용해서 가능케 함. - MRAM에서 각 셀의 스핀방향을 가역적으로 제어하는 방법으로서, 압전박막층을 이용한 전압 인가방식의 스핀반전 구동방식을 개발함.
본 발명은 자기 기록 디스크 드라이브 또는 자기 랜덤 액세스 메모리(자기 메모리)(MAGNETIC RANDOM ACCESS MEMORY) 디바이스 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 이러한 자기 기록 디스크 드라이브의 자기 저항 센서나 자기 랜덤 액세스 메모리 디바이스의 자기기억소자(DRAM 의 캐패시터에 대응되는 역할을 하는)에 적용되는 스핀 밸브(SPIN VALVE) 또는 터널접합(TUNNERL JUNCTION) 자기 저항(MAGNETORESISTANCE) 구조에 관한 것이다. 자기 기록 디스크 드라이브나 자기 랜덤액세스 메모리 디바이스를 작동시킬 때에 자기 바이어스 포인트(MAGNETIC BIAS POINT) 조절이 중요한 요소가 된다. 자기 바이어스 포인트는 자기 저항 전달 곡선(MAGNETORESISTIVE TRANSFER CURVE)의 중간지점으로 정의된다. 자기 저항 전달 곡선은 대개 자기 기록 디스크 드라이브에 대해서는 선형의 모습을 하며, 자기 랜덤 액세스 메모리에 대해서는 직각 모양을 한다. 기존에 사용되는 합성 반강자성체 기반의 스핀 밸브{SYNTHETIC ANTIFERROMAGNET-BASED SPIN-VALVES(SSV)} 자기 저항 구조에서 고정층(PINNED LAYER)이 COFE / RU / COFE 의 세층 구조로 되어 있는 것을 COFE / RU / COFE / RU / COFE 로 변경하여 SSV의 자기 바이어스 포인트 조절이 용이하게 된다. 즉, 개량된 합성 반강자성체 기반 스핀 밸브(MODIFIED SSV: MSSV) 자기 저항의 구조는 자유층(FREE LAYER)(NIFE / COFE) / 사이층(SPACER) (CU) / 고정층(COFE / RU / COFE / RU / COFE) / 반강자성체층(IRMN)을 포함하게 된다. 터널 접합 자기저항 구조에서는 사이층으로 AL2O3가 사용된다. 단위 셀의 크기가 감소할수록 SSV의 경우에는 바이어스 포인트가 고정층의 두 번째 COFE층의 정자기 자기장 (MAGNETOSTSTIC FIELD)으로 인해 지수함수적(EXPONENTIALLY)으로 증가하게 된다. 반면에 MSSV 에서는 단위 셀의 크기에 관계없이 거의 일정하게 0값을 유지한다. 또한 MSSV에서는 바이어스 포인트를 고정층의 세번째 COFE층의 두께를 변화시켜서 조절할 수 있다. 더우기, MSSV 의 유효 교환 자기장 (EFFECTIVE EXCHANGE FIELD)은 SSV의 유효 교환 자기장보다 훨씬 더 크다.기판위에 형성되어 있고 비자성 사이층으로 분리되어 있는 자유층과 고정층을 포함하는 스핀 밸브 자기 저항 구조에 있어서, 기판; 상기 기판 상부에 형성된 자유층, 상기 자유층 상부에 형성된 비자성 전도성재료로 이루어진 사이층; 상기 사이층 상부에 제3 강자성층, 제2 강자성층, 제1 강자성층 및, 상기 제3 강자성층과 상기 제2 강자성층 사이에 위치하여 상기 제3 강자성층과 상기 제2 강자성층을 분리하는 제2 반평행 결합층과 상기 제2 강자성층과 상기 제1 강자성층 사이에 위치하여 상기 제2 강자성층과 상기 제1 강자성층을 분리하는 제1 반평행 결합층으로 이루어진 고정층; 상기 고정층의 상기 제1 강자성층 상부에 형성된 반강자성층을 포함함을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 구조.
본 기술은 이중이완발진방식 스퀴드 센서에 대한 자동조정 방법에 관한 것이다. 스퀴드 (SQUID) 센서는 초전도 현상을 이용하여 자기장을 전압으로 변환하는 정밀 자기장 측정 센서이다. 스퀴드는 지자기의 100억분의 1 수준의 자기장(~수 fT)이 측정 가능한, 지구상에서 가장 정밀한 자기 센서이지만, 그 최적 동작을 위해서는 동작 바이어스 전류 및 자속고정궤환 (FLL) 구동점의 조정이 필수적이다. 특히 2세대 방식인 이중이완발진방식 스퀴드의 경우, 자장-전압 변환비가 매우 크므로 별도의 전단증폭기 없이 사용 될 수 있으므로 다채널 측정 장치 구성에 유리하다. 하지만 그 변환 특성이 기존의 직류 SQUID와는 판이하므로, 기존에 개발된 방법을 사용할 수 없다. 한편 생체자기측정과 같은 수십 채널 이상의 센서시스템에서는 개별적 스퀴드 센서의 동작조건 조정이 고속으로 자동화 되어야 한다. 본 기술에서는 개발된 직렬통신규약을 통해서, 동작 바이어스 전류검색, FLL 구동점 검색 등의 스퀴드 동작 제어를 최적화하였다. 또한, 직렬통신의 단점인 느린 속도를 극복하기 위하여 최소한의 제어 명령열을 사용하였고, 고속으로 각 스퀴드 센서의 최적 동작조건을 검색, 조정하도록 하였다. 센서의 동작 조정을 자동화함으로써, 종래의 수동 방식에 비해, 비전문가도 다채널 생체자기 측정 장치에서 신속하고 간편하게 신호를 획득하는 것이 가능하다. 본 자동 조정 방법은 직렬 통신 방식에 의하므로, 다채널 시스템에 대해서도 장치가 간단하고, 최적화된 센서 파라메터 결정과정에 의해서, 신속한 스퀴드 센서 동작 조정의 완료가 가능하다. 특히, 외부 자속 발생 코일 등, 조정을 위한 부가 장치가 필요 없으므로 간편하다. 이 방법은 뇌자도나 심자도 등의 스퀴드 센서를 이용한 의료용 생체자기 측정시스템을 환자 진료용으로 개발할 경우 효용성이 매우 높다. ▶ 사업성 및 시장성 : 생체자기 진단 시스템을 개발 사업화 할 경우 예상되는 경제적 파급효과 : - 심자도 장치 : 2012년부터 2017년까지 판매 수익 약 300억원 (대당가격 10억원x10대/년x이익60%=60억원/년) - 뇌자도 장치 : 2017년부터 2022년까지 판매 수익 약 500억원 (대당가격 20억원x10대/년x이익50%=100억원/년) 장치 제어에서 본 자동조정기술은 핵심기술의 범주에 포함되므로 큰 시장성을 기대 할 수 있다.