일반기술

금속 나선 박막의 비선형적 전도특성을 이용한 나노 전자소자

본 발명은 나선 구조의 금속 박막에서 외부 자기장과 전류 방향 및 나선 구조의 회전방향의 상대적인 방향에 따른 전도특성의 변화 현상과 그 비선형적 전도 현상을 이용한 금속 나선 박막의 비선형적 전도특성을 이용한 나노 전자 소자에 관한 것이다.이러한 본 발명은 나선 구조로 제작된 박막의 양단에 전압을 인가하고 외부에서 자기장을 인가하면 박막 내부의 전기장, 자기장, 그리고 나선 구조의 상대적인 방향성에 따라서 저항값이 크게 바뀌게 되고, 이는 결국 주어진 자기장의 방향아래에서는 전류의 방향에 따라서 저항값이 크게 바뀌는 마치 다이오드와 같은 특성을 보이게 되고, 주어진 전류 방향에 대해서는 자기장의 방향을 바꾸면 저항값이 상대적으로 변하는 자기 저항의 특성을 보이게 됨을 이용한 나노 전자 소자를 제공할 수 있게 됨에 따라 반도체 소자들의 나노 크기의 소형화에 따른 물리적인 한계를 극복할 수 있도록 한 것이다. 금속 다이오드는 금속 고유의 특성인 다수의 자유전자로 인해서 나노 스케일의 선폭에서도 충분히 많은 수의 운반자를 확보하고 있고, 낮은 저항 값으로 인해 열 발생을 최소화시킬 수 있으며, 발생된 열도 높은 열전도도에 의해서 쉽게 외부로 유출시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 금속으로 제작된 소자는 소위 오옴의 법칙이라고 알려져 있는 선형적인 전류-전압의 관계에 의해서 저항 값이 전류나 전압에 상관없이 일정한 값을 보이기 때문에, 비선형적인 다이오드 등의 제작이 불가능하다고 여겨졌다. 즉, 다이오드와 같은 비선형 전도성을 보이기 위해서는 소자의 전도성 자체가 전압이나 전류에 대해서 비선형적이어야 하므로, 금속이 가지고 있는 우수한 특성을 활용할 수 없었다. 따라서 관건은 결국 우수한 전도적 특성을 가지는 금속의 전도성을 어떻게 비선형적으로 만들 수 있는가에 있다. 실제로 나노 기술의 가장 큰 성공 사례로 알려지고 이미 상용화되어 하드 디스크의 재생 헤드로 널리 사용되고 있는 거대 자기 저항 현상도 이웃한 두 강자성층 사이의 저항이 즉, 전도도가 두 층의 상대적 자화방향에 영향을 받는 비선형성을 이용한 소자이고, 차세대 비휘발성 메모리로 활발히 연구되고 있는 MRAM나 PRAM, RRAM 등의 소자들도 모두 전도도의 비선형성이나 소자의 상태에 따른 급격한 변화에 그 동작 원리를 두고 있다. 이 광학적 활성이 가능한 이유는 바로 나선 구조의 길이 스케일이 빛의 파장과 비슷한 크기를 가지기 때문으로 알려져 있는데, 이에 많은 나선 구조의 박막에 관련된 연구가 광학 활성에 관련되어서 수행되고 있다.이러한 나선 구조의 금속 박막을 이용하여 반도체 소자들의 나노 크기의 소형화에 따른 물리적인 한계를 극복하고자 하는 방안들이 모색되고 있다.