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비트 라인(bit line), 워드 라인(word line) 그리고 소오스 라인(source line)에 전기적으로 접속된 메모리 셀에서 자기 터널 접합(magnetic tunnel junction)을 갖는 스핀 주입 토크 자성 메모리(spin transfer torque(STT) MRAM)에 있어서,상기 워드 라인과 상기 비트 라인 사이에서 상기 자기 터널 접합을 구성하기 위해 순차적으로 적층되는 제1 전극, 수직 분극자화 고정층, 전도성 스페이서, 수평 회전자화 자유층, 절연성 스페이서, 수평 비교자화 고정층과 제2 전극을 포함하고,상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 워드 라인과 상기 비트 라인에 각각 접속되고,상기 수직 분극자화 고정층은, 상기 자기 터널 접합에 전하 전류(charge current)의 흐름 동안, 스핀 분극 전류(spin-polarized current)를 통해 상기 수평 비교자화 고정층보다 더 큰 토오크를 상기 수평 회전자화 자유층의 수평 회전자화에 적용하여 상기 수평 회전자화의 자화 반전 전에 상기 수평 회전자화의 초기 진동을 억제시키고,상기 수평 회전자화 자유층은 자기 감쇄 상수 0
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제1 항에 있어서,상기 제1 전극은, (Ta/Cu)XN/Ta, (Ta/CuN)XN/Ta 및 (Ta/Ru)XN/Ta 중 적어도 하나를 포함하는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 수직 분극자화 고정층은, (Co/Pt)XN/Co, (Co/Ni)XN/Co, (Co/Pt)XN/CoFeB, (Co/Ni)XN/CoFeB 및 Ta/CoFeB 중 적어도 하나를 포함하는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 전도성 스페이서는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 루테늄(Ru) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 포함하는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 수평 회전자화 자유층은 퍼멀로이(Py) 막 또는 코발트-철-붕소 합금(CoFeB) 막에 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 사마륨(Sm) 및 홀뮴(Ho) 중 적어도 하나를 포함하는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 절연성 스페이서는 MgO, AlOX 및 HfOX 중 적어도 하나를 포함하는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 수평 비교자화 고정층은, Co, Py, CoFeB, Co/Ru/Co/PtMn, Py/Ru/Py/PtMn 및 CoFeB/Ru/CoFeB/PtMn 중 적어도 하나를 포함하는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 제2 전극은, Ta/Ru 및 Ta/Pt 중 적어도 하나를 포함하는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 수직 분극자화 고정층은, 상기 수평 비교자화 고정층보다 더 큰 자기 감쇄 상수를 갖는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 수직 분극자화 고정층은, 상기 수직 분극자화 고정층의 적층 두께 방향에 평행하도록, 상기 수직 분극자화 고정층의 내부에서 수직 분극자화를 가지고,상기 수평 회전자화 자유층은, 상기 수평 회전자화 자유층의 적층 두께 방향에 대해 수직하도록, 상기 수평 회전자화 자유층의 내부에서 수평면에 상기 수평 회전자화를 가지고,상기 수평 비교자화 고정층은, 상기 수평 비교자화 고정층의 적층 두께 방향에 수직하도록, 상기 수평 비교자화 고정층의 내부에서 수평면에 수평 비교자화를 가지는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제1 항에 있어서,상기 수평 회전자화의 상기 초기 진동은, 상기 수직 분극자화 고정층에 의해 상기 수평 회전자화에 적용되는 평면외 토오크(out-of-palne torque)와 상기 수평 비교자화 고정층에 의해 상기 수평 회전자화에 적용되는 평면 내 토오크(in-plane torque)의 차에 의해 상기 수평 회전자화의 일 측부를 상기 수평 회전자화 자유층 내 수평면에 고정 회전시키면서 상기 수평 회전자화의 타 측부를 상기 수평 회전자화 자유층의 상기 수평면으로부터 부상(浮上)시켜 억제되는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제11 항에 있어서,상기 평면외 토오크는, 상기 수직 분극자화 고정층으로부터 상기 수평 비교자화 고정층을 향해 흐르는 상기 스핀 분극 전류에서 상기 수직 분극자화 고정층의 수직 분극자화와 동일한 방향으로 제1 여과된 후 상기 수평 회전자화 자유층의 상기 수평 회전자화와 동일한 방향으로 계속적으로 제2 여과된 스핀을 갖는 전도 전자를 통해, 상기 제1 여과된 스핀 대비 상기 제2 여과된 스핀의 각운동량의 변화량에 상당하는 크기를 가지고 상기 제2 여과된 스핀의 방향과 반대로 상기 수평 회전자화에 작용되는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제11 항에 있어서,상기 평면내 토오크는,상기 수직 분극자화 고정층으로부터 상기 수평 비교자화 고정층을 향해 흐르는 상기 스핀 분극 전류에서 상기 수직 분극자화 고정층의 수직 분극자화와 동일한 방향으로 제1 여과되며, 상기 수평 회전자화 자유층의 상기 수평 회전자화와 동일한 방향으로 계속적으로 제2 여과되고, 상기 수평 비교자화 고정층의 상기 수평 비교자화로부터 반사된 스핀을 갖는 전도 전자를 통해,상기 수평 회전자화에 작용되는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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제11 항에 있어서,상기 수평 회전자화의 자화반전은,상기 수평 회전자화 자유층의 수평면 상에서 상기 수직 분극자화 고정층의 평면외 토오크와 상기 수평 비교자화 고정층의 평면내 토오크의 차에 해당하는 크기의 반작용으로 인하여 상기 수평 회전자화의 상기 일 측부에 내부 자기 소거장(demagnetization field)을 발생시키고, 상기 내부 자기 소거장에 의해 상기 수평 회전자화의 상기 타 측부에 적용되는 내부 자기 소거장 유도 토오크(torque led by demagnetization field)를 따라 상기 수평 회전자화에서 상기 수평 회전자화 자유층으로부터 부상(浮上)된 상기 타 측부를 상기 수평 회전자화 자유층의 상기 수평면 상에서 회전시켜 상기 수평 비교자화 고정층의 수평 비교자화에 대해 상기 수평 회전자화를 평행하게 하거나 반평행하게 하는 스핀 주입 토크 자성 메모리
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