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KR20000050426A - Magnetic RAM cell using planar hall effect - Google Patents

Magnetic RAM cell using planar hall effect Download PDF

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KR20000050426A
KR20000050426A KR1019990000294A KR19990000294A KR20000050426A KR 20000050426 A KR20000050426 A KR 20000050426A KR 1019990000294 A KR1019990000294 A KR 1019990000294A KR 19990000294 A KR19990000294 A KR 19990000294A KR 20000050426 A KR20000050426 A KR 20000050426A
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South Korea
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layer
magnetic
current
magnetoresistance
magnetic memory
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김동영
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김영환
현대전자산업 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자를 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 반도체 기판 또는 유리판을 사용한 밑판 층과; 상기 밑판 층 위에 위치하는 반자성 층과, 상기 반자성 층 위에 위치하는 연자성 층과, 상기 반자성 층과 연자성 층 위에 위치하는 자장 형성용 전류라인 층으로 이루어져 자기장의 세기에 따른 저항변화를 이용하여 자기기억 층 내의 경자성 층의 자화 방향을 측정하는 자기저항 센서 층과; 상기 자기저항 센서 층 위에 위치하는 경자성 층과, 상기 자기저항 센서 층과 경자성 층 위에 위치하는 자장 형성용 전류라인 층과, 상기 자장 형성용 전류라인 층 위에 위치하는 산화 방지용 보호막 층으로 이루어진 자기기억 층으로 구성함으로써, 비휘발성을 갖으며 미세 전류를 이용하여 입출력에 소요되는 시간을 줄일 수 있게 되는 것이다.The present invention is to provide a magnetic memory element using the planar hole effect, the present invention is a base plate layer using a semiconductor substrate or a glass plate; It is composed of a diamagnetic layer positioned on the base plate layer, a soft magnetic layer positioned on the diamagnetic layer, and a current line layer for forming a magnetic field positioned on the diamagnetic layer and the soft magnetic layer. A magnetoresistive sensor layer for measuring the magnetization direction of the hard magnetic layer in the memory layer; A magnetic layer comprising a hard magnetic layer positioned on the magnetoresistive sensor layer, a magnetic field forming current line layer positioned on the magnetoresistive sensor layer and the hard magnetic layer, and an anti-oxidation protective film layer positioned on the magnetic field forming current line layer. By constructing the memory layer, it is nonvolatile and the time required for input / output can be reduced by using a fine current.

Description

평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자{Magnetic RAM cell using planar hall effect}Magnetic RAM element using planar hall effect {Magnetic RAM cell using planar hall effect}

본 발명은 자기 메모리 기본 소자에 관한 것으로, 특히 자기저항비를 최대화함과 동시에 출력 신호의 선형성을 향상시킨 자기 램을 개발하여 미세 전류를 이용하여 경자성 재료에 정보를 기록하고 자기저항 재료를 이용하여 저장된 정보를 읽어낼 수 있는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a basic element of a magnetic memory, and in particular, to develop a magnetic RAM that maximizes the magnetoresistance ratio and improves the linearity of the output signal. The present invention relates to a basic element of a magnetic memory using a planar hole effect capable of reading stored information.

일반적으로 자기 램 메모리는 디램, 에스램, 플래시 메모리 등을 차세대 메모리로 대체할 전망이며, 개인용 컴퓨터, 대형 컴퓨터, 스마트 카드, 휴대형 컴퓨터, 이동통신 단말기, 전화기, 텔레비전 등의 메모리로 사용이 가능하다. 더구나 이온 방사에 대한 내성이 강하므로 인공위성이나 스페이스-셔틀 등의 우주선이나, 군용 장비 등의 메모리로 이용될 수 있다.In general, magnetic RAM memory is expected to replace DRAM, SRAM and flash memory with next generation memory, and can be used as memory for personal computers, large computers, smart cards, portable computers, mobile communication terminals, telephones, and televisions. . In addition, since it is highly resistant to ion radiation, it can be used as a memory for spacecraft such as satellites, space-shuttles, and military equipment.

종래의 디램, 에스램 등은 반도체 소자를 이용하고 있으므로 휘발성이 강하여, 이온방사에 대한 내성이 약한 단점이 있다. 이러한 단점 중 휘발성이 강한 메모리 소자로는 Fe램(Ferroelectric RAM)이 개발되어 있으나, 현 단계에서는 소용량이며, 정보 입력시 고 전압을 필요로 할 뿐만 아니라, 기본 소자의 크기를 줄이기 위해서는 유전상수가 큰 재료의 개발을 요구하고 있다. 따라서 반도체 램이나, Fe램 등을 대체할 차세대 메모리로 자기메모리에 대한 연구가 진행되고 있다.Conventional DRAMs and SRAMs use a semiconductor device, and thus have a high volatility, and thus have a weak resistance to ion radiation. Among these shortcomings, FeRAM (Ferroelectric RAM) has been developed as a highly volatile memory device, but at the present stage, it has a small capacity and requires a high voltage when inputting information and a large dielectric constant to reduce the size of the basic device. It requires the development of materials. Therefore, research on magnetic memory is being conducted as a next generation memory to replace semiconductor RAM, Fe RAM, and the like.

일부 선진국에서는 이미 자기 램 개발을 추진하고 있으며, 도1은 종래 미국의 스탠포드 대학교에서 연구중인 자기 램의 기본소자의 개념도이다. 한편 일본의 도시바사에서는 이미 시험칩을 제작하여 자기 램의 특성 시험을 하였다. 도시바사에서 제작한 시험칩은 알루미늄이나 절연층으로 감싼 백금-코발트 합금의 미소한 경자성체(Hard Magnet)에 입력용 전류를 흘릴 때 발생하는 미세 자기로 정보를 기록하고, 출력 시에는 별도의 전류를 이용하여 정보를 출력시키는 구조로 되어 있으며, 기본적인 입력과 출력 동작을 실험한 결과 출력에 소요되는 시간이 6ns로 디램보다 빠른 것으로 확인 되었다.Some developed countries have already been developing magnetic RAM, and FIG. 1 is a conceptual diagram of a basic element of a magnetic RAM under study at Stanford University in the United States. Meanwhile, Toshiba Corp., Japan, has already manufactured a test chip to test the characteristics of its magnetic RAM. The test chip manufactured by Toshiba Corp. records information with a fine magnet generated when an input current flows through a micro-hard magnet of a platinum-cobalt alloy wrapped with aluminum or an insulating layer, and at the time of output, a separate current It is designed to output information by using. As a result of experimenting basic input and output operation, it is confirmed that the time required for output is 6ns faster than DRAM.

자기 메모리 기술은 하드디스크, 플로피디스크, 자기테이프 등에서 이미 사용하고 있으나, 정자기(Static Magnetization)의 정보를 읽어내는 기술은 완전하지 못하였다. 그러나 1996년부터 정자기를 읽어낼 수 있는 자기저항 재료들이 개발되기 시작하면서 자기 램에 대한 연구/개발이 본격적으로 이루어지기 시작하였다. 즉, 자기 램 개발의 최대 관건은 자기 저항 재료의 개발에 달려 있다. 자기 저항 재료는 하드디스크의 읽기 센서, 자기장 센서, 자기 토오크 센서, 모션 센서 등 산업 전반에 걸쳐 다양하게 이용되고 있다.Magnetic memory technology is already used in hard disks, floppy disks, magnetic tapes, etc., but the technique of reading the information of the static magnetization (Static Magnetization) was not complete. In 1996, however, magneto-resistive materials capable of reading sperm began to be developed, and research and development on magnetic RAMs began in earnest. In other words, the key to the development of a magnetic RAM depends on the development of a magnetoresistive material. Magnetoresistive materials are used in various fields throughout the industry such as hard disk read sensors, magnetic field sensors, magnetic torque sensors and motion sensors.

종래에 사용되는 비등방성 자기저항 재료의 자기저항은 자화(Magnetization)의 방향에 따라서 다음의 수학식1과 같이 변화된다.The magnetoresistance of an anisotropic magnetoresistive material used in the related art is changed as in Equation 1 according to the direction of magnetization.

여기서는 전류의 방향과 자화방향 사이의 각도이고,는 자화가 전류 방향일 때의 저항이며,는 자화가 전류에 대하여 수직일 때의 저항이다. 이러한 비등방성 자기저항 재료의 주요한 특성 중의 하나인 자기저항비(Magnetoresistance ratio)는 다음의 수학식2와 같이 정의된다.here Is the angle between the direction of the current and the magnetization direction, Is the resistance when magnetization is in the current direction, Is the resistance when magnetization is perpendicular to the current. Magnetoresistance ratio, which is one of the main characteristics of the anisotropic magnetoresistance material, is defined as in Equation 2 below.

현재 활발히 진행중인 자기저항 재료에 대한 연구는 이러한 자기저항비(MR(%))의 향상에 중점을 두고 있다.Currently, active research on magnetoresistive materials focuses on the improvement of the magnetoresistance ratio (MR).

한편 자기저항 센서를 이용한 자기 램은 아직까지 연구 단계에 있으나, 이미 여러 가지 특허가 출원된 상태이다.(미국 특허 번호 5734606, 5732016, 5703805, 5650958, 5640343 등 참조)Magnetic RAM using magnetoresistive sensors is still in the research stage, but several patents have already been applied (see US Pat. Nos. 5734606, 5732016, 5703805, 5650958, 5640343, etc.).

그래서 종래의 자기저항 센서를 이용한 자기 램의 읽기 구조는 도2와 같이 일반적인 저항측정법인 4단자법을 이용하고 있으며, 이들 비등방성 자기저항 재료의 자장의 세기에 따른 저항변화는 도3과 같다.Therefore, the conventional reading structure of the magnetic RAM using a magnetoresistive sensor uses a four-terminal method, which is a general resistance measurement method as shown in FIG. 2, and the resistance change according to the magnetic field strength of these anisotropic magnetoresistive materials is shown in FIG.

그러나 이미 개발된 종래의 자기 저항 재료의 자기저항비는 약 2~10% 정도이나, off-set 전압()이 크고, 민감도 및 선형성이 떨어지는 단점이 있었다.However, the magnetoresistance ratio of the conventional magnetoresistive material already developed is about 2 to 10%, but the off-set voltage ( ), The sensitivity is large, and the sensitivity and linearity is poor.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 자기저항비를 최대화함과 동시에 출력 신호의 선형성을 향상시킨 자기 램을 개발하여 미세 전류를 이용하여 경자성 재료에 정보를 기록하고 자기저항 재료를 이용하여 저장된 정보를 읽어낼 수 있는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to maximize the magnetoresistance ratio and at the same time develop a magnetic RAM that improves the linearity of the output signal. The present invention provides a magnetic memory basic device using a planar hole effect capable of recording information in a magnetic material and reading stored information using a magnetoresistive material.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자는,In order to achieve the above object, the magnetic memory basic element using the planar hole effect according to the present invention,

반도체 기판 또는 유리판을 사용한 밑판 층과; 상기 밑판 층 위에 위치하는 반자성 층과, 상기 반자성 층 위에 위치하는 연자성 층과, 상기 반자성 층과 연자성 층 위에 위치하는 자장 형성용 전류라인 층으로 이루어져 자기장의 세기에 따른 저항변화를 이용하여 자기기억 층 내의 경자성 층의 자화 방향을 측정하는 자기저항 센서 층과; 상기 자기저항 센서 층 위에 위치하는 경자성 층과, 상기 자기저항 센서 층과 경자성 층 위에 위치하는 자장 형성용 전류라인 층과, 상기 자장 형성용 전류라인 층 위에 위치하는 산화 방지용 보호막 층으로 이루어진 자기기억 층으로 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.A base plate layer using a semiconductor substrate or a glass plate; It is composed of a diamagnetic layer positioned on the base plate layer, a soft magnetic layer positioned on the diamagnetic layer, and a current line layer for forming a magnetic field positioned on the diamagnetic layer and the soft magnetic layer. A magnetoresistive sensor layer for measuring the magnetization direction of the hard magnetic layer in the memory layer; A magnetic layer comprising a hard magnetic layer positioned on the magnetoresistive sensor layer, a magnetic field forming current line layer positioned on the magnetoresistive sensor layer and the hard magnetic layer, and an anti-oxidation protective film layer positioned on the magnetic field forming current line layer. It consists of a memory layer characterized by its technical construction.

도1은 종래 스탠포드 대학교에서 연구중인 자기 램의 기본소자의 도면이고,1 is a diagram of a basic element of a magnetic RAM under study at Stanford University,

도2는 종래 4 단자법을 이용한 자기저항 측정을 보인 도면이며,2 is a view showing a magnetoresistance measurement using a conventional four-terminal method,

도3은 도2에 의한 자기저항 특성곡선을 보인 그래프이고,3 is a graph showing the magnetoresistance characteristic curve shown in FIG.

도4는 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자의 측정을 보인 도면이며,4 is a view showing a measurement of a magnetic memory element using the planar hole effect of the present invention;

도5는 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자에 의한 자기저항 특성곡선을 보인 그래프이고,5 is a graph showing a magnetoresistance characteristic curve by a magnetic memory element using the planar hole effect of the present invention;

도6은 본 발명에 의한 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자의 층상구조를 보인 도면이며,6 is a diagram showing a layered structure of a magnetic memory basic element using the planar hole effect according to the present invention;

도7은 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자의 자기저항 센서의 전류-전압 측정용 라인 구성을 보인 도면이고,7 is a diagram showing a line configuration for current-voltage measurement of a magnetoresistive sensor of a magnetic memory basic element using the planar Hall effect of the present invention;

도8은 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자를 이용한 자기기록 매체의 전류-자화량 특성곡선을 보인 그래프이며,8 is a graph showing a current-magnetization characteristic curve of a magnetic recording medium using a magnetic memory element using the planar hole effect of the present invention.

도9는 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자의 자장 형성용 전류라인을 보인 도면이다.9 is a view showing a magnetic field forming current line of a magnetic memory basic device using the planar hole effect of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

10 : 밑판 층 20 : 자기저항 센서 층10: bottom plate layer 20: magnetoresistance sensor layer

21 : 반자성 층 22 : 연자성 층21: diamagnetic layer 22: soft magnetic layer

23 : 전류라인 층 30 : 자기기억 층23: current line layer 30: magnetic memory layer

31 : 경자성 층 32 : 전류라인 층31: hard magnetic layer 32: current line layer

33 : 보호막 층33: protective layer

이하, 상기와 같은 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자의 기술적 사상에 따른 일실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment according to the technical idea of the magnetic memory basic device using the planar hole effect of the present invention as described above in detail.

도4는 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자의 측정을 보인 도면이다.4 is a diagram showing a measurement of a magnetic memory element using the planar hole effect of the present invention.

그래서 본 발명에서는 종래의 자기 저항 측정 방법과는 달리 주전류의 방향과는 수직으로 전압을 측정하고(Planar Hall Effect), 전압측정 방향으로 미세한 부전류를 흘려줌으로써 자기저항비를 최대화함과 동시에 출력 신호의 선형성을 향상시킨 자기 램을 개발하고자 한 것이다.Therefore, in the present invention, unlike the conventional magnetoresistance measuring method, the voltage is measured perpendicularly to the direction of the main current (Planar Hall Effect), and a minute negative current flows in the voltage measuring direction to maximize the magnetoresistance ratio and simultaneously output the same. The company wanted to develop a magnetic RAM with improved signal linearity.

비등방성 자기저항 재료의 자기저항은 자화방향과 전류방향 사이의 각도에 따라서 변화된다. 따라서 인가하는 전류, 시편의 비등방성 저항 및 측정전압과의 관계는 다음의 수학식3 및 수학식4와 같다.The magnetoresistance of the anisotropic magnetoresistance material changes with the angle between the magnetization direction and the current direction. Therefore, the relationship between the applied current, the anisotropic resistance of the specimen, and the measured voltage is shown in Equations 3 and 4 below.

여기서 좌표변환을 이용하여 수학식4의를 계산하면 다음의 수학식5 내지 수학식8과 같이 표현된다.Here, by using the coordinate transformation When is calculated as shown in the following equations (5) to (8).

종래의 기술은 수학식5 내지 수학식8에서 수학식5의(Magnetoresistance, MR)를 이용하는 것이었으나, 본 발명은 수학식6의또는 수학식7의(Planar Hall Effect)를 이용하고, 주 부 전류를 이용하여 자기저항비 및 출력 신호의 선형성을 향상시키는 것이다. 따라서를 이용하는 경우와 주부 전류를 이용하는 경우를 자기저항 특성변화를 설명하면 다음과 같다.The prior art is represented by equations (5) to (8). (Magnetoresistance, MR), but the present invention uses the equation (6) Or in Equation 7 (Planar Hall Effect) and the main current to improve the magnetoresistance ratio and the linearity of the output signal. therefore In the case of using and the case of using the housewife current, the magnetoresistance characteristic change is explained as follows.

(1)를 이용하는 경우 (Planar Hall Effect)(One) (Planar Hall Effect)

방향으로 전류를 흘려주고, 전류의 방향에 대하여 수직인 방향에서 전압를 측정하는 경우를 Planar Hall Effect(평면 홀 효과)라 한다. 이럴 경우 측정되는 전압는 다음의 수학식9 및 수학식10으로 표현된다. Current in the direction and the voltage in the direction perpendicular to the direction of the current. The case of measuring is called Planar Hall Effect. In this case, the measured voltage Is expressed by the following equations (9) and (10).

이때의 자기저항비는 다음의 수학식11과 같이 된다.The magnetoresistance ratio at this time is expressed by Equation 11 below.

그래서 수학식11과 종래의 기술인 수학식2를 비교하면, 일반적으로에 비하여 상당히 작은 값을 갖게 되므로, 본 발명에 의해 자기저항비를 산출할 경우 자기저항비를 100% 이상 향상시킬 수 있게 된다.So, comparing Equation 11 with Equation 2, which is a conventional technology, generally Is Since the present invention has a significantly smaller value, the magnetoresistance ratio can be improved by 100% or more when the magnetoresistance ratio is calculated by the present invention.

(2) 주, 부전류를 인가한 경우(2) When main and negative current are applied

를 주 전류로 하고를 부 전류로 인가한 상태에서,를 측정할 경우 자기저항은 다음의 수학식12와 같이 표현된다. Is the main current Is applied as a negative current, When measuring, the magnetoresistance is expressed as Equation 12 below.

주전류의 크기가 부 전류의 크기에 비하여 매우 큰 경우, 즉일 때 수학식12는 다음의 수학식13과 같이 표현된다.If the magnitude of the main current is very large compared to the magnitude of the negative current, i.e. Equation 12 is expressed as Equation 13 below.

이때 자기저항비는 다음의 수학식14와 같이 표현된다.At this time, the magnetoresistance ratio is expressed as Equation 14 below.

따라서 전류의 방향과 세기를 조절하여의 조건을 맞추어 주면 자기저항비를 무한히 향상시킬 수 있으며, 실험결과는 도5의 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자에 의한 자기저항 특성곡선을 보인 그래프에 보인 바와 같다. 여기서 도5a는 주부 전류를 인가한 경우의 자기저항 특성 곡선을 보인 그래프이고, 도5b는 Planer Hall Effect에 의한 자기저항 특성 곡선을 보인 그래프이다.Therefore, by controlling the direction and intensity of the current By matching the conditions of the magnetoresistance ratio can be improved infinitely, the experimental results are as shown in the graph showing the magnetoresistance characteristic curve by the magnetic memory element using the planar hole effect of the present invention of FIG. 5A is a graph showing the magnetoresistance characteristic curve when the housewife current is applied, and FIG. 5B is a graph showing the magnetoresistance characteristic curve by the Planer Hall Effect.

도6은 본 발명에 의한 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자의 층상구조를 보인 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing a layered structure of a magnetic memory basic element using the planar hole effect according to the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 반도체 기판 또는 유리판을 사용한 밑판(Substrate) 층(10)과; 상기 밑판 층(10) 위에 위치하는 반자성 층(21)과, 상기 반자성 층(21) 위에 위치하는 연자성 층(22)과, 상기 반자성 층(21)과 연자성 층(22) 위에 위치하는 자장 형성용 전류라인 층(23)으로 이루어져 자기장의 세기에 따른 저항변화를 이용하여 자기기억 층(30) 내의 경자성 층(31)의 자화 방향을 측정하는 자기저항 센서 층(20)과; 상기 자기저항 센서 층(20) 위에 위치하는 경자성 층(31)과, 상기 자기저항 센서 층(20)과 경자성 층(31) 위에 위치하는 자장 형성용 전류라인 층(32)과, 상기 자장 형성용 전류라인 층(32) 위에 위치하는 산화 방지용 보호막 층(33)으로 이루어진 자기기억 층(30)으로 구성된다.As shown here, a substrate layer (Substrate) layer 10 using a semiconductor substrate or a glass plate; A diamagnetic layer 21 positioned on the base plate layer 10, a soft magnetic layer 22 positioned on the diamagnetic layer 21, and a magnetic field located on the diamagnetic layer 21 and the soft magnetic layer 22. A magnetoresistive sensor layer 20 having a current line layer 23 for forming and measuring a magnetization direction of the hard magnetic layer 31 in the magnetic memory layer 30 by using a resistance change according to the strength of the magnetic field; A hard magnetic layer 31 positioned on the magnetoresistive sensor layer 20, a magnetic field forming current line layer 32 located on the magnetoresistive sensor layer 20 and the hard magnetic layer 31, and the magnetic field. It is composed of a magnetic memory layer 30 composed of an anti-oxidation protective film layer 33 positioned on the forming current line layer 32.

그래서 기판인 밑판 층(20)은 Si 또는 GaAs 등의 반도체 기판을 사용하여 램의 어드레스 레지스터나 TFT(Thin-Film Transistor, 박막 트랜지스터) 등을 함께 구성함으로써 자기램의 특성을 향상시킬 수도 있고, TFT 등을 구성할 필요가 없는 경우에는 가격이 저렴한 유리판을 사용할 수 있다.Therefore, the bottom plate layer 20 as a substrate may improve the characteristics of the magnetic RAM by using a semiconductor substrate such as Si or GaAs together with the RAM's address register or TFT (Thin-Film Transistor). If it is not necessary to configure such as a glass plate can be used inexpensive.

또한 자기저항 센서 층(20)은 자기장의 세기에 따른 저항변화를 이용한다. 자기저항 센서 층(20)은 반자성 층(21)과 연자성 층(22)과 구리라인인 전류라인 층(23)으로 구성되며, 경자성체의 자화 방향을 측정한다. 자기저항 센서 층(20)의 반자성 층(21)의 재료로는 FeMn이나 NiO를 사용하며, 연자성 층(22)의 재료로는 NiFe, Fe, Ni, Co 등의 재료를 사용한다. 그래서 자기저항 센서용 자기저항 재료는 비등방성 자기저항, 거대 자기저항, 터널 자기저항, 강유전성 자기저항 등을 사용한다.In addition, the magnetoresistive sensor layer 20 uses a resistance change according to the strength of the magnetic field. The magnetoresistive sensor layer 20 is composed of a diamagnetic layer 21, a soft magnetic layer 22 and a current line layer 23 which is a copper line, and measures the magnetization direction of the hard magnetic material. FeMn or NiO is used as a material of the diamagnetic layer 21 of the magnetoresistive sensor layer 20, and materials such as NiFe, Fe, Ni, Co, and the like are used as the material of the soft magnetic layer 22. Therefore, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance, tunnel magnetoresistance, ferroelectric magnetoresistance and the like are used as magnetoresistance materials for magnetoresistance sensors.

자기저항 변화를 읽어 들이기 위한 전류-전압 측정용 라인의 구조는 도7과 같다. 도7에서 전압 측정용 라인의 양단에 부착된 저항은 전류가 전압 측정용으로 누설되는 것을 방지한다.The structure of the current-voltage measuring line for reading the magnetoresistance change is shown in FIG. In Fig. 7, resistors attached to both ends of the voltage measuring line prevent current from leaking for voltage measuring.

도8은 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자를 이용한 자기기록 매체의 전류-자화량 특성곡선을 보인 그래프이다. 도8에서와 같이 자기기억 층에 있는 경자성체의 자화량은 자기저항 재료에 자기장을 가하고 있는데, 자기저항 재료가 받는 자기장의 세기는 약 30 Oe 정도이므로 자기저항 재료의 자기저항 특성 곡선은 약 30 Oe에서 동작되는 자기장-저항 특성을 가져야 한다.Fig. 8 is a graph showing a current-magnetization characteristic curve of a magnetic recording medium using the magnetic memory basic element using the plane hole effect of the present invention. As shown in FIG. 8, the magnetization of the hard magnetic material in the magnetic memory layer is applied to the magnetoresistive material. The magnetic field strength of the magnetoresistive material is about 30 Oe, so the magnetoresistance characteristic curve of the magnetoresistive material is about 30 It must have a magnetic field-resistance characteristic that operates at Oe.

한편, 자기기억 층(30)은 경자성 층(31)과 자장 형성용 전류 라인 층(32) 및 산화 방지용 보호막(cover) 층(33)으로 구성된다.On the other hand, the magnetic memory layer 30 is composed of a hard magnetic layer 31, a magnetic field forming current line layer 32, and an antioxidant cover layer 33.

이때 자기 기억의 원리는 미세 전류를 인가하여 자장을 형성시키고, 이들 자장의 방향에 다라 경자성 층(31)의 경사성체의 자화 방향을 회전시켜 "0"과 "1"의 정보를 입력시킨다. 이때 자장은 전류의 방향과 세기에 따라서 변화되므로 정보를 입력시키기 위한 전류는 약 ??1mA 정도면 된다. 이때 발생되는 자장의 세기는 다음의 수학식15로부터 얻을 수 있다.At this time, the principle of magnetic memory is to generate a magnetic field by applying a fine current, and the magnetization direction of the inclined body of the hard magnetic layer 31 is rotated according to the direction of these magnetic fields to input information of "0" and "1". At this time, the magnetic field is changed according to the direction and intensity of the current, so the current for inputting information is about ?? 1mA. The strength of the magnetic field generated at this time can be obtained from Equation 15 below.

여기서 r은 전류를 인가하는 도선과 경자성체와의 거리이다. 거리 r은 1이고, 1 mA의 전류를 흘릴 경우 경자성체에 유도되는 자기장은 약 200 Oe나 되므로 경자성체의 자화 방향을 회전시키기에는 충분한 자장 세기를 만들 수 있다.Where r is the distance between the conductor and the hard magnetic material applying the current. Distance r is 1 When a current of 1 mA is applied, the magnetic field induced by the hard magnetic material is about 200 Oe, and thus sufficient magnetic field strength can be made to rotate the magnetization direction of the hard magnetic material.

따라서 1mA의 전류를 사용하여 정보를 기억할 경우 경자성체는 약 200 Oe에서 자화 방향을 회전시킬 수 있어야 하며, 하드디스크, 플로피디스크, 자기테이프 등에서 이용되고 있는 재료인 자기 가닛(Magnetic Garnet) 등을 사용할 수 있다.Therefore, when storing information using a current of 1mA, the hard magnetic material should be able to rotate the magnetization direction at about 200 Oe, and use magnetic garnet, which is a material used in hard disks, floppy disks, and magnetic tapes. Can be.

도9는 본 발명 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자의 자장 형성용 전류라인 층(32)을 보인 도면이다.9 is a view showing a magnetic field forming current line layer 32 of a magnetic memory basic element using the planar hole effect of the present invention.

자장 형성은 도9와 같이 이중 전류인 전류 I1과 I2를 동시에 인가하여 영구 자석에 정보를 입력시킨다. 이때 전류의 세기와 영구자석의 자기 이력(Magnetic Hysteresis)은 도8과 같은 관계에 놓이게 한다. 즉, I1과 I2가 동시에 같은 방향을 갖도록 함으로써 영구 자석의 자화를 회전시켜 자기정보를 기록시킨다.In the magnetic field formation, as shown in FIG. 9, dual currents I1 and I2 are simultaneously applied to input information into the permanent magnet. At this time, the strength of the current and the magnetic hysteresis of the permanent magnet are placed in the relationship as shown in FIG. That is, by making I1 and I2 have the same direction at the same time, the magnetization of the permanent magnet is rotated to record the magnetic information.

이처럼 본 발명은 자기저항비를 최대화함과 동시에 출력 신호의 선형성을 향상시킨 자기 램을 개발하게 되는 것이다.As such, the present invention is to develop a magnetic RAM that maximizes the magnetoresistance ratio and improves the linearity of the output signal.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention may use various changes, modifications, and equivalents. It is clear that the present invention can be applied in the same manner by appropriately modifying the above embodiments. Accordingly, the above description does not limit the scope of the invention as defined by the limitations of the following claims.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자는 경자성체를 기록매체로 사용하고 있으므로 전원이 끊어져도 정보가 사라지지 않는 비휘발성을 갖으며, 기본적인 입력과 출력 동작은 미세 전류를 이용하여 이루어지므로 입출력에 소요되는 시간을 줄일 수 있기 때문에 디램, 에스램, 플래시메모리 등에 대한 차세대 메모리로 대체할 수 있으며, 개인용 컴퓨터, 대형 컴퓨터, 스마트 카드, 휴대형 컴퓨터, 이동통신 단말기, 전화기, 텔레비전 등의 메모리로 사용할 수 있고, 나아가 이온 방사에 대한 내성이 강하므로 인공위성이나 스페이스-셔틀 등의 우주선이나, 군용 장비 등의 메모리로 이용할 수 있는 효과가 있게 된다.As described above, the magnetic memory basic element using the planar hole effect according to the present invention uses a hard magnetic material as a recording medium, and thus has a nonvolatile information that does not disappear even when the power is cut off. As it is made using current, it can reduce the time required for input / output, so it can be replaced by next generation memory for DRAM, SRAM, flash memory, etc.Personal computer, large computer, smart card, portable computer, mobile communication terminal, telephone The present invention can be used as a memory of a television, etc., and furthermore, it has a high resistance to ion radiation, and thus can be used as a memory of a spacecraft such as a satellite, a space shuttle, or military equipment.

Claims (8)

자기 메모리 기본 소자에 있어서,In the magnetic memory element, 반도체 기판 또는 유리판을 사용한 밑판 층과;A base plate layer using a semiconductor substrate or a glass plate; 상기 밑판 층 위에 위치하는 반자성 층과, 상기 반자성 층 위에 위치하는 연자성 층과, 상기 반자성 층과 연자성 층 위에 위치하는 자장 형성용 전류라인 층으로 이루어져 자기장의 세기에 따른 저항변화를 이용하여 자기기억 층 내의 경자성 층의 자화 방향을 측정하는 자기저항 센서 층과;It is composed of a diamagnetic layer positioned on the base plate layer, a soft magnetic layer positioned on the diamagnetic layer, and a current line layer for forming a magnetic field positioned on the diamagnetic layer and the soft magnetic layer. A magnetoresistive sensor layer for measuring the magnetization direction of the hard magnetic layer in the memory layer; 상기 자기저항 센서 층 위에 위치하는 경자성 층과, 상기 자기저항 센서 층과 경자성 층 위에 위치하는 자장 형성용 전류라인 층과, 상기 자장 형성용 전류라인 층 위에 위치하는 산화 방지용 보호막 층으로 이루어진 자기기억 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자.A magnetic layer comprising a hard magnetic layer positioned on the magnetoresistive sensor layer, a magnetic field forming current line layer positioned on the magnetoresistive sensor layer and the hard magnetic layer, and an anti-oxidation protective film layer positioned on the magnetic field forming current line layer. Magnetic memory element using the planar Hall effect, characterized in that consisting of a memory layer. 제 1항에 있어서, 상기 자기저항 센서 층은,The magnetoresistive sensor layer of claim 1, wherein 자기저항비 및 출력 신호의 선형성을 향상시키도록 평면 홀 효과를 이용하는 것을 특징으로 하는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자.A magnetic memory element using the planar Hall effect, characterized by using the planar Hall effect to improve the magnetoresistance ratio and linearity of the output signal. 제 1항에 있어서, 상기 자기저항 센서 층은,The magnetoresistive sensor layer of claim 1, wherein 자기저항비 및 출력 신호의 선형성을 향상시키도록 주 전류와 부 전류를 이용하는 것을 특징으로 하는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자.A magnetic memory element using the planar hole effect, characterized by using a main current and a negative current to improve the magnetoresistance ratio and the linearity of the output signal. 제 3항에 있어서, 상기 주 전류와 부 전류는,The method of claim 3, wherein the main current and the negative current, 주 전류의 세기를 부 전류의 세기 보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자.A magnetic memory element using the planar hall effect, wherein the strength of the main current is greater than that of the negative current. 제 3항에 있어서, 상기 자기저항비는,The magnetic resistance ratio of claim 3, 주 전류와 부전류를 이용하여,Main current And negative current Using 를 수행하여 자기저항비인을 구하고, 여기서는 자화가 전류 방향일 때의 저항이고,는 자화가 전류에 대하여 수직일 때의 저항이며, 전류의 방향과 세기를 조절하여의 조건을 맞추어 자기저항비를 최대로 향상시켜 자기 메모리 기본 소자를 만드는 것을 특징으로 하는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자.To determine the magnetoresistance ratio Where Is the resistance when magnetization is in the current direction, Is the resistance when magnetization is perpendicular to the current, and adjusts the direction and intensity of the current Magnetic memory basic element using the planar Hall effect, characterized in that to make the magnetic memory element by improving the magnetoresistance ratio to the maximum. 제 1항에 있어서, 상기 자기저항 센서 층은,The magnetoresistive sensor layer of claim 1, wherein 자기저항 센서용 자기저항 재료로 비등방성 자기저항, 거대 자기저항, 터널 자기저항, 강유전성 자기저항 등을 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자.A magnetoresistive element using a planar hole effect, characterized in that anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance, tunnel magnetoresistance, ferroelectric magnetoresistance, etc. are selectively used as a magnetoresistance material for a magnetoresistance sensor. 제 1항에 있어서, 상기 자기기억 층은,The method of claim 1, wherein the magnetic memory layer, 이중 전류에 의하여 유기된 자기장을 이용하여 상기 자기기억 층의 자화를 회전시킴으로써 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자.A magnetic memory element using the planar hole effect, wherein information is stored by rotating magnetization of the magnetic memory layer by using a magnetic field induced by a double current. 제 1항에 있어서, 상기 자장 형성용 전류 라인 층은,The magnetic field forming current line layer of claim 1, wherein 자장 형성용 전류 라인인 전압 측정용 라인의 양단에 저항체를 부가하여 자기저항 측정용 주전류의 누설을 방지하는 것을 특징으로 하는 평면 홀 효과를 이용한 자기 메모리 기본 소자.A magnetic memory element using the planar hall effect, by adding a resistor to both ends of a voltage measuring line, which is a current line for forming a magnetic field, to prevent leakage of main current for measuring magnetic resistance.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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