• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권8호
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• pp.1-10
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• 2008

본 논문에서는 새로운 스위칭 방식인 LFS (Local Field Switching)을 이용하여 설계한 128비트 MRAM (Magnetoresistive Random Access Memo교)에 대해 기술하였다. LFS 방식은 MTJ (Magnetic Tunnel Junction)를 직접 통과해 흐르는 전류에 의해 형성되는 국소 자기장을 이용하여 MTJ의 극성을 변환시킨다. 이 방식은 MTJ와 전류의 거리가 가깝기 때문에 작은 전류로도 충분히 큰 자기장을 형성하므로 writing current가 적어도 된다. 또한 Digit Line이 없어도 되므로 half select disturbance가 발생하지 않아 기존 MTJ를 이용한 방식에 비해 셀 선택도가 우수하다. 설계한 MRAM은 IT(트랜지스터)-1MTJ의 메모리 셀 구조를 가지며 양방향 write driver와 mid-point reference cell block, current mode sense amplifier를 사용한다. 그리고 MTJ 공정 없이 회로 동작을 확인하기 위해 LFS-MTJ cell을 CMOS emulation cell로 대체하였다. 설계한 회로를 6 metal을 사용하는 $0.18{\mu}m$ CMOS 공정으로 구현하였고 제작된 chip을 custom board 상에서 테스트하여 동작을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제16권6호
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• pp.853-856
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• 2005

자성 메모리반도체의 핵심 소자인 magnetic tunnel junction (MTJ) stack에 대한 고밀도 유도결합 플라즈마 반응성 식각이 연구되었다. MTJ stack은 electron(e)-beam lithography 공정을 사용하여 나노미터 크기의 패턴 형성이 되었으며 식각을 위한 하드 마스크(hard mask)로서 TiN 박막이 이용되었다. TiN 박막은 Ar, $Cl_2/Ar$, 그리고 $SF_6/Ar$들의 가스를 사용하여 식각공정이 연구되었다. E-beam lithography로 패턴된 TiN/MTJ stack은 첫 번째 단계로 TiN 하드 마스크가 식각되고 두 번째로 MTJ stack이 식각되어 완성되었다. MTJ stack은 Ar, $Cl_2/Ar$, $BCl_3/Ar$을 이용하여 식각되었으며 각각의 가스농도와 가스 압력을 변화시켜 MTJ stack의 식각특성이 조사되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제40권2호
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• pp.98-103
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• 2003

본 논문에서는 Magnetic Tunnel Junction (MTJ)의 새로운 SPICE Macro-Model에 대해서 제안하였다. 제안된 Macro-Model은 다섯 개의 터미널을 가지고 있으며 MTJ의 MR 특성인 hysteresis 성질을 그대로 구현하고 있으며, 시간에 따라 변하는 입력 신호에 대해서도 정확하게 동작하도록 구성되어 시다. 또한 MTJ의 MR 특성을 파라미터 변수값으로 입력을 받을 수 있도록 하여 MTJ의 특성변화에 대해서도 용이하게 적용될 수 있도록 하였다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제14권6호
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• pp.728-732
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• 2014

Macro-model of magnetic tunnel junction (MTJ) for spin transfer torque magnetic random access memory (STT-MRAM) has been developed. The macro-model can describe the dynamic behavior such as the state change of MTJ as a function of the pulse width of driving current and voltage. The statistical behavior has been included in the model to represent the variation of the MTJ characteristic due to process variation. The macro-model has been developed in Verilog-A.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권9호
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• pp.10-17
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• 2007

기존의 트랜지스터 기반의 논리 연산자를 비휘발성 소자인 MTJ(Magnetic Tunneling Junction)로 대체하는 자기논리(magneto-logic) 회로는 그동안 기억 소자 분야에만 국한되어온 MTJ를 스핀전자공학 분야의 새로운 응용으로 논리 회로까지 확장하여 적용 가능하게 한다. 자기논리 회로는 회로 면적 면에서 우수하고 전원이 꺼져도 정보를 유지할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 불(Boolean) 연산을 수행함에 있어서 유연성을 보여, 단순히 입력을 바꾸는 것만으로도 한 MTJ 소자로 모든 논리 연산자를 구현 가능하게 한다. 이로써 물리적으로 완성된 회로 내에서, 재구성 가능한 자기논리 회로를 설계할 수 있다. 본 논문에서는 종래의 다층 입력 구조의 MTJ에 비해, 공정이 간단하고, 보다 유연한 함수 구현 능력을 갖는 단층 입력 구조의 새로운 MTJ 소자를 제안하며, 그 예로, 4비트 그레이 카운터를 설계하여 그 동작을 이전 논문에서 제안된 바 있는 macro-model을 보완 적용하여 검증하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권12호
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• pp.1-7
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• 2008

Magnetic Tunnel Junction (MTJ)는 비휘발성 소자로서 그간 기억소자분야에 국한되어왔으나, 최근 다양한 연구들에 의하여 자기논리 (magneto-logic) 회로에 사용되면서 기존 트랜지스터 기반의 논리연산자를 대체할 수 있는 가능성을 보이고 있으며, 논리회로까지 확장 적용되어 스핀전자공학 분야의 새로운 장을 열 것으로 기대되어지고 있다. 자체 저장 능력을 갖는 MTJ 소자로 구현된 자기논리 회로는 전원이 꺼져도 정보가 그대로 유지되고, 또한, 불 (Boolean) 연산 수행 시 단순한 입력변화만으로 다양한 논리 연산자 구현이 가능한 구조적인 유연성을 보이므로, 물리적으로 완성된 회로 내에서 얼마든지 재구성이 가능한 자기논리 회로를 구현할 수 있다. 본 논문에서는 단순한 조합논리나 순차논리 회로의 동작을 넘어서, 임의의 3비트 논리회로 동작을 모두 수행할 수 있는 자기논리 회로를 제안한다. 이를 위해 3비트 논리회로 중에서 최대의 복잡성을 갖는 논리회로를 MTJ 소자를 사용하여 설계하였고, 그 동작을 이전 논문에서 제안된 바 있는 macro-model을 보완 적용하여 검증하였다. 제안된 회로는 3비트로 구현할 수 있는 가장 복잡한 논리회로의 동작을 수행할 뿐만 아니라, 전류구동회로의 게이트 신호들을 변화시킴으로써 임의의 3비트 논리 회로의 동작을 모두 수행하는 것이 가능하다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.200-200
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• 2013

기존 메모리 반도체에 비교해 빠른 재생속도와 높은 집적도, 비휘발성 등의 특성을 가지는 MRAM (Magnetic Random Access Memory)은 DRAM, flash memory 등을 대체할 수 있는 차세대 기억 소자로서 CoFeB/MgO/CoFeB로 구성된 한 개의 MTJ (Magnetic Tunnel Junction)를 단위 메모리로 사용한다. 이 MTJ 물질들은 고밀도 플라즈마를 이용한 건식 식각공정시 Cl2, BCl3 등과 같은 chlorine 을 포함한 가스를 이용하여 왔으나 식각 후 sidewall에서 발생하는 부식과 식각 선택비 확보의 어려움 등으로 마스크 물질에 제약을 받고 소자 특성이 감소하게 되는 등의 문제가 있다. 따라서 이러한 식각 문제점을 해결하기 위한 대안으로 noncorrosive 가스인 CO/NH3, CH3OH, CH4 등을 이용한 MTJ 식각 연구가 진행되어 오고 있으며 이중 CO/NH3 혼합가스는 부식성이 없고 hard mask와의 높은 선택비를 가지는 기체로 CO gas에 NH3 gas를 첨가하게 되면 etch rate이 증가하는 특성을 보인다. 또한 rf pulse-biased power를 이용하여 이온의 입사를 시간에 따라 제어함으로써 pulse off time 때 etch gas와 MTJ 물질간의 chemical reaction을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CO/NH3 혼합가스를 이용하여 다양한 rf pulse-biased power 조건에서 MTJ 물질인 CoFeB, MgO와 hard mask 물질인 W을 식각 한 뒤 식각특성을 분석하였으며 MTJ surface의 chemical binding state, surface roughness 측정을 진행하였다. 식각 샘플의 측정은 Alpha step profiler, XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), AFM (Atomic Force Microscopy)를 통해 진행되었다. Time-averaged pulse bias에서는 duty ratio가 감소할수록 etch rate의 큰 감소 없이 CoFeB/W, MgO/W 물질의 etch selectivity가 향상됨을 확인할 수 있었으며 pulse off time 구간에서의 chemical reaction 향상으로 인해 식각부산물의 재증착이 감소하고 CoFeB의 surface roughness가 감소하는 것을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권1호
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• pp.1-7
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• 2007

MTJ (Magnetic Tunneling Junction) 소자는 불 (Boolean) 연산을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 자신의 출력 정보를 저장하는 비휘발성 소자이다. 기존의 트랜지스터로 구성된 논리 연산자를 MTJ 소자로 대체함으로써, 조합논리 회로와 순차논리 회로로 구성된 디지털 논리 회로를 자기논리 (magneto-logic) 회로로 대체 가능하다. 또한 자기논리 회로는 비휘발성 논리 소자를 사용함으로써, 회로 면적 면에서 우수하고 전원이 꺼져도 정보를 유지할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 자기논리 회로의 예로 3비트 업/다운 카운터를 설계하였고 그 동작을 이전 논문에서 제안된 바 있는 macro-model을 보완 적용하여 검증하였다.

• 한국자기학회:학술대회 개요집
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• 한국자기학회 2001년도 춘계연구발표회 논문개요집
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• pp.38-39
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• 2001

• 한국자기학회:학술대회 개요집
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• 한국자기학회 2001년도 추계연구발표회 논문개요집
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• pp.24-25
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• 2001