일반기술

소자 크기 변화에 무관하게 작고 안정한 바이어스 자기장을 갖는 자기 저항 구조

본 발명은 일반적으로는 자기 정보 저장 기술(magnetic information storage technology)에 관한 것으로, 구체적으로는 거대 자기 저항(giant magnetoresistance : GMR)에 기초한 스핀 밸브 구조 또는 터널링 자기 저항(tunneling magnetoresistance: TMR)에 기초한 터널 접합 자기 저항 구조를 갖는 센서를 포함하는 자기 기록 디스크 드라이브 또는 그러한 구조를 갖는 자기 기억 소자(DRAM의 캐패시터에 대응되는 역할을 하는)를 포함하는 자기 랜덤 액세스 메모리(자기 메모리)(magnetic random access memory) 디바이스 기술에 관한 것이다.●기존 구조의 스핀 밸브 자기 저항 구조는 단위 셀의 크기가 마이크로미터이하(submicrometer)로 되면 P1 층과 P2 층의 두께차이로 인해 교환 비대칭(poor switching symmetry)이 양호하지 않게 나타나는 문제가 있다.●또한, 단위 셀의 크기가 감소할수록 SSV의 경우에는 바이어스 포인트가 고정층의 두 번째 CoFe층의 정자기 자기장(magnetoststic field)으로 인해 지수함수적(exponentially)으로 증가하게 되는 문제가 있다.●또한, 유효 교환 자기장(effective exchange field)이 보다 커질 필요가 있으며, 소자의 크기의 변화에도 불구하고 자기저항 전달 곡선 (magnetoresistive transfer curve)의 모양이 유지되는 것도 필요하다.●종래 스핀 밸브의 고정층이 CoFe/Ru/Cofe의 세층 구조로 되어 있는 것을 CoFe/Ru/CoFe/Ru/CoFe로 변경하여 합성반강자성체 기반 스핀밸브(SSV)의 자기 바이어스 포인트 조절이 용이하도록 한 개량발명으로, 초고밀도 데이터 저장이 필요한 분야에도 응용될 수 있는 초기단계의 핵심기술로 평가되며, Small Signal 문제, 셀간 간섭 문제 및 전류 증가 문제 등을 개선 가능한 등 기존 기술대비 우위성이 인정되며, 권리범위는 스핀 밸브 자기 저항 구조 및 역 스핀 밸브 자기저항 구조에 대한 핵심 구성요소를 모두 기재하고 있고, 상세한 설명에서도 기술적 사상을 잘 설명하고 있으므로, 권리범위의 본 특허기술의 요지 보호 가능성이 크다.●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 곡선은대개 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) c 자기 저항구조에서 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 셀의크기가 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. 단위 셀의크기가 감소함에 따라 SSV의 자기 저항 전달 곡선 (magnetoresistive transfer curve)은 포물선 모양이 되자만 MSSV 에서는 직각모양을 유지한다. 이는 MSSV 에서는 자유층(free layer)이 더 날카롭게 회전함을 의미한다.●최근 PDA, 디지털 카메라, 휴대형 단말기 등 각종 정보통신 관련 전략제품들은 초소형화, 고속화, 고성능화 및 저가격화 방향으로 빠르게 진화하고 있는 등 초고집적, 초고속 기록매체 및 비휘발성 통합메모리에 대한 수요가 증대되는 추세로, 각종 차세대 메모리기술은 2011년경 전체시장의 650억불 규모로 성장하며, 이 중 MRAM 시장은 130억불 정도로 주도적인 위치를 점할 것으로 전망된다.●본 특허기술은 소자 크기 변화에 무관하게 작고 안정한 바이어스 자기장을 갖는 자기 저항 구조에 관한 것으로, 바이어스 포인트 조절을 용이하게 하며, 초고밀도 데이터 저장이 필요한 응용분야에 요구되는 큰 유효 교환 자기장과 더 나은 열적 안정성을 제공하는 기술인 바, 이미 일부 상용화된 자기기록장치의 개선에 활용이 가능하며, 장기적으로는 플래시의 비휘발성과 S램 수준의 고속 정보처리가 가능할 뿐만 아니라 D램과 같이 고집적화 할 수 있