일반기술

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

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)} 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 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. 단위 셀의 크기가 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.