• Journal of Magnetics
• /
• 제17권2호
• /
• pp.73-77
• /
• 2012

We investigate spin transfer torque (STT) in magnetic multilayer structures using micromagnetic simulations. We implement the STT contribution for magnetic multilayer structures in addition to the Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) micromagnetic simulators. In addition to the Sloncewski STT term, the zero, first, and second order field-like terms are also considered as well as the effects of the Oersted field due to the running current are addressed. We determine the switching current densities of the free layer with the exchange biased synthetic ferrimagnetic reference layers for various cases.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
• /
• pp.77-77
• /
• 2011

These days, a growing demand for memory device is filled up with the flash memory and the dynamic random access memory (DRAM). Although DRAM is a reasonable solution for current demand, the universal novel memory with high density, high speed and nonvolatility, needs to be developed. Among various new memories, the magnetic random access memory (MRAM) device is considered as one of good candidate memories because of excellent features including high density, high speed, low operating power and nonvolatility. The etching of MTJ stack which is composed of magnetic materials and insulator such as MgO is one of the vital process for MRAM. Recently, MgO has attracted great interest in the MTJ stack as tunneling barrier layer for its high tunneling magnetoresistance values. For the successful realization of high density MRAM, the etching process of MgO thin films should be investigated. Until now, there were some works devoted to the investigations on etch characteristics of MgO thin films. Initially, ion milling was applied to the etching of MgO thin films. However, ion milling has many disadvantages such as sidewall redeposition and etching damage. High density plasma etching containing the magnetically enhanced reactive ion etching and high density reactive ion etching have been employed for the improvement of etching process. In this work, inductively coupled plasma reactive ion etching (ICPRIE) system was adopted for the improvement of etching process using MgO thin films and etching gas mixes of $CH_4$/Ar and $CH_4$/$O_2$/Ar have been employed. The etch rates are measured by a surface profilometer and etch profiles are observed using field emission scanning emission microscopy (FESEM). The effects of gas concentration and etch parameters such as coil rf power, dc-bias voltage to substrate, and gas pressure on etch characteristics will be systematically explored.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.356.2-356.2
• /
• 2014

Spin Transfer Torque (STT) is of great interest in data writing scheme for the Magneto-resistive Random Access Memory (MRAM) using Magnetic Tunnel Junction (MTJ). Scalability for high density memory requires ferromagnetic electrodes having the perpendicular magnetic easy axis. We investigated CoZr as the ferromagnetic electrode. It is observed that interfacial magnetic anisotropy is preferred perpendicular to the plane with thickness dependence on the interfaces with Pt layer. The anisotropy energy (Ku) with thickness dependence shows a change of magnetic-easy-axis direction from perpendicular to in-plane around 1.2 nm of CoZr. The interfacial anisotropy (Ki) as the directly related parameters to switching and thermal stability, are estimated as $1.64erg/cm^2$ from CoZr/Pt multilayered system.

• 한국자기학회지
• /
• 제19권1호
• /
• pp.22-27
• /
• 2009

자기터널접합 기반의 MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)의 상용화를 위해서 가장 중요한 이슈는 쓰기 과정(writing operation)에서의 자화반전에 필요한 자화반전전류를 감소시키는 것이다. 본고에서는 나노자기소자 기술의 중요한 분야인 MRAM의 기술발전방향과 특히 스핀전달토크(Spin Transfer Torque, STT)를 이용한 자화반전전류의 저감기술 개발동향을 재료기술, 구조기술 등으로 살펴보았다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
• /
• 제2권3호
• /
• pp.185-196
• /
• 2002

MRAM(magnetic random access memory) is a promising candidate for a universal memory with non-volatile, fast operation speed and low power consumption. The simplest architecture of MRAM cell is a combination of MTJ(magnetic tunnel junction) as a data storage part and MOS transistor as a data selection part. This article will review the general development status of MRAM and discuss the issues. The key issues of MRAM technology as a future memory candidate are resistance control and low current operation for small enough device size. Switching issues are controllable with a choice of appropriate shape and fine patterning process. The control of fabrication is rather important to realize an actual memory device for MRAM technology.

• 공업화학
• /
• 제16권6호
• /
• pp.853-856
• /
• 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.

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

• 한국자기학회지
• /
• 제19권1호
• /
• pp.35-42
• /
• 2009

차세대 메모리 소자 중 MRAM(Magnetic Random Access Memory)은 자기저항효과를 이용한 비휘발성 메모리로 기존 메모리를 대체할 것으로 주목을 받고 있다. MRAM은 자기터널 접합 소자를 이용해 구동할 수 있는데, 현재 고집적, 저 전력 소모 등의 장점을 극대화하기 위해 수직자화 특성을 갖는 자기터널 접합 개발과 스핀전달토크를 이용해 구동하는 STT-MRAM(Spin Transfer Torque-MRAM) 개발이 활발히 이루어지고 있다. 따라서 미국, 일본 등 MRAM 강국에서 고집적, 스위칭 전류 감소, 열적 안정성 등의 문제를 해결하기 위한 기술 특허 출원이 증가하고 있으며, 국내의 MRAM 연구기관에서의 특허 출원도 꾸준히 이루어지고 있다. 본고에서는 기존 국내외 특허 출원 및 등록 경향을 분석하고 향후 MRAM 개발방향을 제시하였다.

• 한국자기학회지
• /
• 제13권5호
• /
• pp.216-220
• /
• 2003

본 연구에서는 MRAM(magnetic random access memory)이 10 GHz까지 높은 주파수에서 동작할 때 쓰기 신호와 읽기 신호가 얼마나 효율적으로 전달되는지 계산하였다. 이를 위해 읽기와 쓰기에 필요한 도선이 있는 시편을 3차원으로 모델링하였다. 모의실험은 쓰기 동작과 읽기 동작으로 나눠서 수행되었고, FEM(finite element method) 알고리즘을 이용하여 S-parameter를 출력하였다. 계산된 결과를 이용하여 실험적으로 설계된 MRAM 시편의 쓰기와 읽기 동작에서 전송계수 S$_{21}$을 각각 DC에서 1 GHz 그리고 100 GHz 까지의 영역에서 해석하였다. 또한 각각의 길이가 600 $\mu$m인 bit line과 sense line사이의 절연체 두께를 500에서 1500$\AA$으로 변화시켰을 때, 3 dB 감쇄 주파수를 135에서 430 MHz까지 약 3.3배 높일 수 있었다. 그리고 계산된 S-parameter를 이용하여 전달 지연을 계산하여 접근시간을 예측하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.410-410
• /
• 2013

Next-generation nonvolatile memory (NVM) has attracted increasing attention about emerging NVMs such as ferroelectric random access memory, phase-change random access memory, magnetic random access memory and resistance random access memory (RRAM). Previous studies have demonstrated that RRAM is promising because of its excellent properties, including simple structure, high speed and high density integration. Many research groups have reported a lot of metal oxides as resistive materials like TiO2, NiO, SrTiO3 and ZnO [1]. Among them, the ZnO-based film is one of the most promising materials for RRAM because of its good switching characteristics, reliability and high transparency [2]. However, in many studies about ZnO-based RRAMs, there was a problem to get lower current level for reducing the operating power dissipation and improving the device reliability such an endurance and an retention time of memory devices. Thus in this paper, we investigated that highly reproducible bipolar resistive switching characteristics of W doped ZnO RRAM device and it showed low resistive switching current level and large ON/OFF ratio. This may be caused by the interdiffusion of the W atoms in the ZnO film, whch serves as dopants, and leakage current would rise resulting in the lowering of current level [3]. In this work, a ZnO film and W doped ZnO film were fabricated on a Si substrate using RF magnetron sputtering from ZnO and W targets at room temperature with Ar gas ambient, and compared their current levels. Compared with the conventional ZnO-based RRAM, the W doped ZnO ReRAM device shows the reduction of reset current from ~$10^{-6}$ A to ~$10^{-9}$ A and large ON/OFF ratio of ~$10^3$ along with self-rectifying characteristic as shown in Fig. 1. In addition, we observed good endurance of $10^3$ times and retention time of $10^4$ s in the W doped ZnO ReRAM device. With this advantageous characteristics, W doped ZnO thin film device is a promising candidates for CMOS compatible and high-density RRAM devices.