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메모리셀을 포함하는 마그네틱램으로서,상기 메모리셀은 제1 터널접합 및 제2 터널접합으로 이루어진 이중 터널접합 구조로 형성되며,상기 제1 터널접합은 외부에서 전압이 가해졌을 때 스핀전달토크에 의해 자화방향이 변경될 수 있는 자기터널접합층을 포함하고,상기 제2 터널접합은 외부에서 전압이 가해졌을 때 상기 자기터널접합층에 인가되는 전기장을 제어하여 상기 자기터널접합층에 자기이방성 변화를 유도하는 전기장제어활성층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제1 항에 있어서, 상기 전기장 제어 마그네틱램은,외부와 전기적으로 연결된 제1 전극층;상기 제1 전극층 일측에 형성되며, 자화방향이 변경되지 않는 제1 자성층;자화방향이 변경됨으로써 자기적 정보를 제공하는 제2 자성층;상기 제1 자성층 및 제2 자성층 사이에 형성되며, 터널장벽(tunnel barrier)의 역할을 하는 제1 절연층;상기 제2 자성층 일측에 형성되며, 전기장이 가해졌을 때 자발적 전기 분극이 형성되는 제2 절연층;상기 제2 절연층 일측에 형성되며, 외부와 전기적으로 연결된 제2 전극층;을 포함하며,상기 제1 터널접합의 자기터널접합층은 상기 제2 자성층/제1 절연층/제1 자성층으로 이루어지고,상기 제2 터널접합은 상기 제2 전극층/제2 절연층/제2 자성층으로 이루어지고, 상기 제2 절연층이 전기장제어활성층인 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층은,Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Y, Zr, Nb, Mo,Ru,Th, Pd, Ag, In, Sn, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Al, Si 중 어느 하나의 금속 또는 이들 금속 간의 합금,또는 이들 금속의 질화물,또는 상기 금속과 상기 질화물 간의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제1 자성층의 자화방향을 고정시키기 위해 상기 제1 자성층은 상기 제2 자성층에 비해 상대적으로 자기이방성 에너지가 크거나 보자력이 큰 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제1 자성층 및 제2 자성층은,FeX, CoX, NiX, FeCoX, CoNiX 또는 NiFeX (여기서, X는 B, Re, Rh, Cr, Cu, Pt, Pd, Gd 및 Tb로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제1 자성층 및 제2 자성층은,박막면에 대하여 수직인 자화방향을 갖게 하기 위해서는,FePt, CoPt, FePd 또는 MnAl 합금과 같은 면심정방계(FCT) 합금을 사용하거나, 조밀육방구조(HCP)를 갖는 Co3Pt 합금 또는 CoCrPt 합금을 사용하거나, Fe14Nd2B 또는 SmCo5와 같은 희토류 전이금속 합금을 사용하거나,또는 CoFeB/MgO 계면에서 발생하는 계면 자기이방성을 이용하거나,[Co/Pt]n, [CoX합금/Pt]n, [Co/Pd]n, [CoX합금/Pd]n, [Co/Ni]n, [CoX합금/Ni]n 또는 [Ni/Pt]n와 같은 다층 박막(여기서 n은 1과 10 사이의 수이고, X는 Fe, Ni, Cr, Ru, Re, Rh, Gd 및 Tb로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나)을 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제1 자성층은,반강자성체/강자성체 사이의 교환 자기결합을 통해 이루어지는 물질,또는 자성층/비자성금속층/자성층으로 이루어진 합성 반강자성층 물질을 사용하며,또한 상기 제2 자성층은,자성층/비자성금속층/자성층으로 이루어진 합성 자유 자성층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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8
제2 항에 있어서, 상기 제1 절연층은,MgO, Al2O3, TiO2 중 어느 하나의 산화물이 사용될 수 있고,또는 MgAl2O4, MgGa2O4 와 같은 두 가지 이상의 금속 양이온을 지닌 산화물이 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제1 절연층의 두께는,0
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제2 항에 있어서, 상기 제1 터널접합의 저항은 상기 제2 터널접합의 저항에 비해 상대적으로 더 크게 형성되어, 상기 메모리셀의 저항 및 자기저항비는 상기 제1 터널접합이 결정하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제10 항에 있어서, 상기 제1 절연층의 결정 배향성과 상기 제1 자성층 및 제2 자성층의 결정 배향성을 일치시켜, 결맞음 터널링을 유도하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제2 절연층은,강유전체를 사용하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제2 절연층은,HfO2 에 Zr, Y, Si, Al, Gd, Tb, Yb, Sr, La 중 어느 하나를 첨가한 물질,또는 ZrO2에 Y, Si, Al, Gd, Tb, Yb, Sr, La 중 어느 하나를 첨가한 물질,또는 MgO에 Hf, Zr, Y, Si, Al, Gd, Tb, Yb, Sr, La, Ir, Pt, Ru, Ta, Mo, Ti, Zn, Ga 중 어느 하나를 첨가한 물질또는 상기 제 2절연층은 orthorhombic 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 제2 절연층 및 제2 전극층 사이에는,상기 제2 터널접합의 저항을 감소시키는 일함수 제어 삽입층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제14 항에 있어서, 상기 일함수 제어 삽입층은,일함수가 4eV 이하인 금속으로,Mg, Sc, Sr, Y, Ba, La, Hf, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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16
제14 항에 있어서, 상기 일함수 제어 삽입층은,상기 제2 절연층이 자발적 전기분극을 지닐 수 있도록 Zr, Y, Si, Al, Gd, Sr, La 중 어느 하나의 물질이 도핑되거나,Zr, Y, Si, Al, Gd, Sr, La 중 어느 하나의 물질로 구성된 일함수 제어 삽입층을 HfO2 층 위에 형성하여 상기 일함수 제어 삽입층 물질 일부가 HfO2층으로 확산된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제2 항에 있어서, 상기 전기장 제어 마그네틱램은,상기 제2 자성층과 전기적으로 연결되며,상기 제1 터널접합에 전압을 인가하거나 또는 상기 제2 터널접합에 전압을 인가할 수 있는 제3 전극층이 형성된 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제17 항에 있어서, 상기 제3 전극층은,상기 제1 절연층까지 식각 공정을 수행한 후, 상기 제2 자성층을 부분 식각하여 상기 제2 절연층 상층에 형성되거나,상기 제1 절연층까지 식각 공정을 수행한 후, 상기 제2 자성층의 일부 영역을 선택적으로 도핑하여 자기적인 특성을 제거하여 형성되거나,상기 제1 절연층까지 식각 공정을 수행한 후, 상기 제2 자성층의 일부 영역을 상기 제2 자성층과는 자기적인 특성이 상이한 변조된 제2 자성층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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제1 항 내지 제18 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 전기장 제어 마그네틱램의 메모리셀은,복수개가 집단적으로 구동되도록 배치되어 선택적으로 읽기/쓰기가 가능한 것을 특징으로 하는 전기장 제어 마그네틱램
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