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고정 자성층, 자유 자성층 및 상기 고정 자성층와 상기 자유 자성층 사이에 배치된 터널 장벽층을 구비하는 자기 터널 접합 및 상기 자기 터널 접합의 상기 자유 자성층에 인접하여 배치되고 면내 전류를 제공하고 상기 면내 전류에 기인하여 상기 자기 터널 접합에 스핀 전류를 제공하여 상기 자유 자성층의 자화 방향을 반전시키는 도전 패턴을 포함하는 자기 터널 접합 소자에 있어서,상기 고정 자성층은 고정 자화 방향을 갖고, 막 면(x-y 평면)에 대하여 수직 방향(z축 방향)으로 자화되는 물질을 포함하는 박막이고,상기 자유 자성층은 자화 방향이 변하고, 막 면(x-y 평면)에 대하여 수직 방향(z축 방향)으로 자화되는 물질을 포함하는 박막이고, 상기 도전 패턴의 연장 방향(x축 방향)으로 면내 전류가 흐르는 경우, 상기 면내 전류에 기인한 y 방향 스핀을 갖는 스핀 축적()에 대한 z 방향 스핀을 갖는 스핀 축적()의 비율 F(y) = 을 상기 자유 자성층이 점유하는 셀 면적에 대하여 면적 적분하고 상기 셀 면적으로 나누어 평균한 평균 스핀 축적 비율(Fave)은 인 것을 특징으로 하는 자기 터널 접합 소자
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제1 항에 있어서,여기서, A는 상기 자기 터널 접합의 x-y 평면상 셀 면적이며, 상기 적분은 자기 터널 접합의 셀 면적에 해당하는 범위에 대해 수행되고, F(y)는 다음과 같이 주어지고,여기서, L은 상기 도전 패턴의 y축 방향의 폭이고, lsf는 상기 도전 패턴의 스핀 확산 길이이고, tN은 상기 도전 패턴의 두께인 것을 특징으로 하는 자기 터널 접합 소자
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제1 항에 있어서,상기 자유 자성층의 y 방향의 폭은 상기 도전 패턴의 y 방향의 폭보다 작고,상기 자유 자성층은 상기 도전 패턴의 폭 내에 배치되고, 상기 자유 자성층의 x-y 평면 상에서 상기 셀 면적의 모양은 상기 도전 패턴의 연장 방향(x축 방향)의 중심축에 대해 비대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 터널 접합 소자
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제3 항에 있어서,상기 자유 자성층의 상기 셀 면적의 모양은 그 중심점을 기준으로 대칭형 또는 비대칭 형태이고,상기 도전 패턴의 연장 방향(x축 방향)의 중심축과 상기 자유 자성층의 셀 면적에서 상기 x축 방향의 중심축은 서로 일치하지 않도록 오프셋된 것을 특징으로 하는 자기 터널 접합 소자
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제1 항에 있어서,상기 자유 자성층의 y 방향의 폭은 상기 도전 패턴의 y 방향의 폭보다 작고,상기 자유 자성층은 상기 도전 패턴의 폭 내에 배치되고, 상기 자유 자성층은 상기 도전 패턴의 연장 방향(x축 방향)의 중심축을 기준으로 좌우 비대칭인 것을 특징으로 하는 자기 터널 접합 소자
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제1 항에 있어서,상기 도전 패턴은 스핀 홀 효과를 유발하는 백금, 텅스텐, 및 탄탈륨 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 터널 접합 소자
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고정 자성층, 자유 자성층 및 상기 고정 자성층와 상기 자유 자성층 사이에 배치된 터널 장벽층을 구비하고, 매트릭스 형태로 배열된 복수의 자기 터널 접합; 및상기 자기 터널 접합의 상기 자유 자성층에 인접하여 배치된 제1 도전 패턴을 포함하고,상기 고정 자성층은 고정 자화 방향을 갖고, 막 면(x-y 평면)에 대하여 수직 방향(z축 방향)으로 자화되는 물질을 포함하는 박막이고,상기 자유 자성층은 자화 방향이 변하고, 막 면(x-y 평면)에 대하여 수직 방향(z축 방향)으로 자화되는 물질을 포함하는 박막이고, 상기 제1 도전 패턴의 연장 방향(x축 방향)으로 면내 전류가 흐르는 경우, 상기 면내 전류에 기인한 y 방향 스핀을 갖는 스핀 축적()에 대한 z 방향 스핀을 갖는 스핀 축적()의 비율 F(y) = 을 상기 자유 자성층이 점유하는 셀 면적에 대하여 면적 적분하고 상기 셀 면적으로 나누어 평균한 평균 스핀 축적 비율(Fave)은 인 것을 특징으로 하는 자기 메모리 소자
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제7 항에 있어서,상기 제1 도전 패턴은 기판 평면에서 제1 방향으로 연장되고,상기 제1 방향으로 배열된 자기 터널 접합들 각각의 자유 자성층은 상기 제1 도전 패턴에 인접하여 주기적으로 배치되고,상기 자기 터널 접합들의 고정 자성층 각각에 전기적으로 연결된 선택 트렌지스터들;상기 제1 방향에 수직한 제2 방향(y 축 방향)으로 배열된 선택 트렌지스터들 각각의 소오스/드레인에 전기적으로 연결되고 상기 기판 평면에서 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향(y 축 방향)으로 연장되는 제2 도전 패턴; 및상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열된 상기 선택 트렌지스터들 각각의 게이트에 연결된 제3 도전 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 메모리 소자
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제 7항에 있어서,상기 제1 도전 패턴들은 기판 평면에서 제1 방향으로 연장되고,상기 제1 방향으로 배열된 자기 터널 접합들 각각의 자유 자성층은 상기 제1 도전 패턴들에 인접하여 각각 배치되고,상기 제1 도전 패턴과 상기 자기 터널 접합이 서로 중첩되지 않은 영역에서 상기 제1 도전 패턴에 연결되고 막 면(x-y 평면)에 대하여 수직 방향(z축 방향)하게 배치된 콘택 플러그;상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제1 방향으로 배열된 콘택 플러그들에 연결된 도전 라인;상기 자기 터널 접합들의 고정 자성층 각각에 전기적으로 연결된 선택 트렌지스터들;상기 제1 방향에 수직한 제2 방향(y 축 방향)으로 배열된 선택 트렌지스터들 각각의 소오스/드레인에 전기적으로 연결되고 상기 기판 평면에서 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향(y 축 방향)으로 연장되는 제2 도전 패턴; 및상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열된 상기 선택 트렌지스터들 각각의 게이트에 연결된 제3 도전 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 메모리 소자
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제 7항에 있어서,상기 제1 도전 패턴은 기판 평면에서 제1 방향으로 연장되고,상기 제1 방향으로 배열된 자기 터널 접합들 각각의 자유 자성층은 상기 제1 도전 패턴에 인접하여 주기적으로 배치되고,상기 자기 터널 접합들의 고정 자성층 각각에 전기적으로 연결된 선택 트렌지스터들;상기 제1 방향으로 배열된 선택 트렌지스터들 각각의 소오스/드레인에 전기적으로 연결되고 상기 기판 평면에서 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 도전 패턴; 및상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열된 상기 선택 트렌지스터들 각각의 게이트에 연결된 제3 도전 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 메모리 소자
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제7 항에 있어서,상기 제1 도전 패턴은 기판 평면에서 제1 방향으로 연장되고,상기 제1 방향으로 배열된 자기 터널 접합들 각각의 자유 자성층은 상기 제1 도전 패턴에 인접하여 주기적으로 배치되고,상기 자기 터널 접합들의 고정 자성층 각각에 전기적으로 연결된 선택 트렌지스터들;상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열된 선택 트렌지스터들 각각의 소오스/드레인에 전기적으로 연결되고 상기 기판 평면에서 상기 제2 방향으로 연장되는 제2 도전 패턴; 및상기 제1 방향으로 배열된 상기 선택 트렌지스터들 각각의 게이트에 연결된 제3 도전 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 메모리 소자
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제 7항에 있어서,상기 제1 도전 패턴은 기판 평면에서 제1 방향으로 주기적으로 배치되고,상기 제1 방향으로 배열된 자기 터널 접합들 각각의 자유 자성층은 상기 제1 도전 패턴 각각에 인접하여 주기적으로 배치되고,상기 제1 방향으로 배열된 자기 터널 접합들의 고정 자성층 각각에 전기적으로 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 도전 패턴;상기 제1 도전 패턴의 일단에 각각 연결된 제1 선택 트렌지스터;상기 제1 도전 패턴의 타단에 각각 연결된 제2 선택 트렌지스터;상기 제1 방향으로 배열된 상기 제1 선택 트렌지스터의 소오스/드레인에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제 3 도전 패턴; 상기 제1 방향으로 배열된 상기 제2 선택 트렌지스터의 소오스/드레인에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제 4 도전 패턴; 및상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열된 제1 선택 트렌지스터의 게이트와 제2 선택 트렌지스터의 게이트를 서로 연결하여 상기 제2 방향으로 연장되는 제 5 도전 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 메모리 소자
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제7 항에 있어서,상기 제1 도전 패턴은 기판 평면에서 제1 방향으로 주기적으로 배치되고,상기 제1 방향으로 배열된 자기 터널 접합들 각각의 자유 자성층은 상기 제1 도전 패턴 각각에 인접하여 주기적으로 배치되고,상기 자기 터널 접합의 고정 자성층에 각각 연결되는 제1 선택 트렌지스터;상기 제1 도전 패턴의 일단에 각각 연결되는 제2 선택 트렌지스터;상기 제1 방향으로 배열된 제1 선택 트렌지스터의 소오스/드레인에 연결되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 도전 패턴;상기 제1 방향으로 배열된 제1 도전 패턴의 타단을 각각 연결하고 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 도전 패턴;상기 제1 방향으로 배열된 제2 선택 트렌지스터의 소오스/드레인을 각각 연결하고 상기 제1 방향으로 연장되는 제4 도전 패턴; 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배열된 제1 선택 트렌지스터의 게이트를 각각 연결하고 상기 제2 방향으로 연장되는 제5 도전 패턴; 및상기 제2 방향으로 배열된 제2 선택 트렌지스터의 게이트를 각각 연결하고 상기 제2 방향으로 연장되는 제6 도전 패턴;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 메모리 소자
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