• Journal of Magnetics
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• 제21권4호
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• pp.491-495
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• 2016

We developed an embedded Object-Oriented Micromagnetic Frame (OOMMF) script schemes for more flexible simulations for complex and dynamic mircomagnetic behaviors. The OOMMF can be called from any kind of softwares by system calls, and we can interact with OOMMF by updating the input files for next step from the output files of the previous step of OOMMF. In our scheme, we set initial inputs for OOMMF simulation first, and run OOMMF for ${\Delta}t$ by system calls from any kind of control programs. After executing the OOMMF during ${\Delta}t$, we can obtain magnetization configuration file, and we adjust input parameters, and call OOMMF again for another ${\Delta}t$ running. We showed one example by using scripting embedded OOMMF scheme, tunneling magneto-resistance dependent switching time. We showed the simulation of tunneling magneto-resistance dependent switching process with non-uniform current density using the proposed framework as an example.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.60-60
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• 2011

Giant magnetoresistance (GMR), tunneling magnetoresistance (TMR), and magnetic random-access memory (MRAM) are currently active research areas in spintronics. The high magnetoresistance and the high spin polarization (P) of electrons in the ferromagnetic electrodes of tunnel junction or intermediate layers are required. Magnetite, Fe3O4, is predicted to possess as half-metallic nature, P ~ 100% spin polarization, and has a high Curie temperature (TC~850 K). Experiments demonstrated that the P~($80{\pm}5$)%, ~($60{\pm}5$)%, and ~40-55% for epitaxial (111), (110) and (001)-oriented Fe3O4 thin films, respectively. Epitaxial Fe3O4 films may enable us to investigate the effects of half metals on the spin transport without grain-boundary scattering.In addition, it has been reported that the Verwey transition (TV, a first order metal-insulator transition) of 120 K in bulk Fe3O4 is strongly affected by many parameters such as stoichiometry and stress, etc. Here we report that the growth modes, magnetism and transport properties of Fe3O4 thin films were strongly dependent on the oxygen pressure during film growth. The average roughness decreases from 1.021 to 0.263 nm for the oxygen pressure increase from $2.3{\times}10-7$ to $8.2{\times}10^{-6}$ Torr, respectively. The 120 K Verwey transition in Fe3O4 was disappeared for the sample grown under high oxygen pressure.

• Journal of Magnetics
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• 제2권3호
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• pp.96-100
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• 1997

A spin valve structure of NiO(40 nm)/Co(2 nm)/Cu(2.6 nm)/Co(x nm)/Ta(5 nm) has been investigated for the application of magnetic random access memory (MRAM). The spin valve structure exhibited very large difference in the coercivities between pinned and free layers, a relatively high GMR ratio, and a low free layer coercivity. The spin valves were prepared by sputtering and were characterized by dc 4-point probe, and VSM. The spin valves with combined free layer exhibited a maximun GMR ratio of 10.4% with a free layer coercivity of about 82 Oe. The spin valves with a single 10 nm thick a-CoNbZr free layer exhibited a GMR ratio of about 4.3% with a free layer coercivity of about 12 Oe. The GMR ratio of the spin valves increased by addition of Co between Cu and a-CoNbZr. It has been confirmed that the coercivity of free layer can be decreased by increasing the thickness of a-CoNbZr. It has been confirmed that the coercivity of free layer can be decreased by increasing the thickness of a-CoNbZr layer without losing the GMR ratio substantially, which was mainly due to high resistivity of the amorphous "layers".

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권8호
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• pp.105-113
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• 2004

MRAM (Magneto-resistive Random Access Memory)은 자성체의 스핀 방향을 정보원으로 하는 비휘발성 메모리로 magneto-resistance 물질을 정보 저장 소자로 사용한다. 본 논문에서는 MRAM 시뮬레이션시 MTJ (Magnetic Tunneling Junction)의 hysteretic 특성, asteroid 특성, R-V 특성을 HSPICE에서 재현할 수 있는 새로운 macro-model을 제안하고 HSPICE에 적용하여 그 정확도를 검증하였다. 또한 종래의 reference cell 회로에 비하여 정확한 중간 저항 값을 유지하는 새로운 reference cell 회로를 제안하고 이를 본 논문에서 제안한 macro-model을 이용하여 검증하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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• pp.29-29
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• 2009

현재 고집적 비휘발성 메모리 소자로는 MRAM (Magnetic Random Access Memory)과 PRAM (Phase Magnetic Random Access Memory)이 활발하게 미국과 일본, 한국 등에서 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 이 중에서 MRAM은 DRAM과 비슷한 10 ns의 빠른 읽기/쓰기 속도와 비휘발성 특성을 가지고 있으며, 전하를 저장할 커패시터가 필요 없고, 두 개의 자성충에 약 10 mA 정도의 전류를 가하면 그때 발생하는 약 10 Oe의 자장을 개개의 비트를 write하고, read 시에는 각 비트의 자기저항을 측정함으로써 데이터를 저장하고 읽을 있으므로, 고집적화가 가능성하다 [1]. 현재 우수한 박막 재료가 개발 되었으나, 고집적 MRAM 소자의 양산에는 해결 하여야 하는 문제점이 있다. 특히 다층 박막으로 구성되어 있으므로 식각 공정의 개발이 필수적이다. 지금까지 MRAM 재료의 식각은 주로 Ion milling, ICP, ECR등의 플라즈마 장치를 되었고, 식각 가스로는 할로겐 기체와 금속카보닐 형성을 위한 Co/$NH_3$와 $Ch_3OH$ 기체가 이용되고 있다. 그러나 할로겐 계열의 기체를 사용할 경우, 식각 부산물들의 높은 끓는점 때문에 식각 부산물이 박막의 표면에서 열적 탈착에 의하여 제거되지 않기 때문에 높은 에너지를 가지는 이온의 도움에 의한 식각이 필요하다. 또한 Cl 계열의 기체를 사용할 경우, 식각 공정 후, 시료가 대기에 노출되면 대기 중의 수분과 식각 부산물이 결합하여 부식 현상이 발생하게 된다. 그러므로 이를 방지하기 위한 추가 공정이 요구된다. 최근에는 부식 현상이 없고, MTJ 상부에 사용되는 Ta 또는 Ti Hard mask와의 높은 선택비를 가지는 $CH_3OH$ 또는 CO/$NH_3$가 사용되고 있다. 하부 박막에 따른 식각 특성에 연구와 다층의 박막의 식각 공정에 발생에 관한 발표는 거의 없다. MRAM을 양산에 적용하기 위하여서는 Main etch 공정에서 빠른 식각 공정이 필요하고, Over etch 공정에서 하부박막에 대한 높은 선택비가 요구된다. 그러므로 본 논문에서는 식각 변수에 따른 플라즈마 측정과 표면 반응을 비교하여 각 공정의 식각 메커니즘을 규명하고, Main Etch 공정에서는 $Cl_2$/Ar 또는 $BCl_3$/Ar 가스를 이용하여 식각 실험을 수행하고, Over etch 공정에는 낮은 Ta 박막 식각 속도를 가지는 $Ch_4/O_2$/Ar 또는 $Ch_3OH$/Ar 가스를 이용하고자 한다. 플라즈마 내의 식각종과 Ta 박막과의 반응을 XPS와 AES를 이용하여 분석하고, 식각 공정 변수에 따른 식각 속도, 식각 선택비와 식각 프로파일 변화를 SEM을 이용하여 관찰한다.

• 한국자기학회지
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• 제25권2호
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• pp.47-51
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• 2015

이 연구에서는 DC스퍼터링(DC Magnetron Sputtering)방식으로 제작 된 MgO 터널 장벽층을 갖는 자기터널접합을 급속 열처리 방식(Rapid Thermal Annealing)을 이용하여 열처리 공정 중의 구조적, 조성적 변화 및 스핀 수송 특성의 변화를 연구하였다. 본 연구를 통하여 급속 열처리 방식이 기존 일반적인 열처리 방식에 비하여 높은 터널링자기저항비를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 열처리 시간의 단축을 통하여 Mn, Ta, Ru 등의 내부물질의 인접한 층으로의 확산을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 유의미한 데이터를 수집하기 위하여 다양한 열처리 온도 조건과 시간조건에서 급속 열처리를 실시 한 후 자기 터널 접합의 전, 자기적 특성을 관찰하였다. 이러한 특성 변화는 향후 보다 우수하고 안정적인 자기적 특성과 열적 안정성을 갖는 자기터널접합 제작을 위해 다양하게 응용될 수 있다고 생각된다.

• 한국자기학회지
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• 제16권3호
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• pp.186-191
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• 2006

자기터널접합 기반의 MRAM(magnetic random access memory)은 자기저항효과를 응용하는 메모리소자로서 비휘발성과 고속 정보처리가 가능할 뿐만 아니라 고집적화 할 수 있는 차세대 통합형 비휘발성 메모리이다. 그러나 기존의 메모리 소자들에 비해 스위칭 산포가 크고, 기록마진(writing margin)이 확보되지 않아 아직까지는 고집적화가 어려운 실정이다. 최근 포화자화가 낮은 NiFeSiB 및 CoFeSiB과 같은 비정질 강자성체를 자기터널접합의 자유층 재료로 사용하여 스위칭 자기장의 거대화를 크게 감소시켜 MRAM의 기록마진을 높이는 연구결과에 관해 정리하여 보았다. 그리고 이러한 물질을 이용하여 자기터널접합의 재생마진(reading margin)과 관련된 터널자기저항비의 인가전압의존성을 저감시킬 수 있었다. 본고에서는 나노자기소자 기술의 중요한 분야인 MRAM의 기술발전 방향과 연구사례를 소개하고자 한다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.370.1-370.1
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• 2014

Giant magnetoresistance (GMR), tunneling magnetoresistance (TMR), and magnetic random-access memory (MRAM) are currently active areas of research. Magnetite, Fe3O4, is predicted to possess as half-metallic nature, ~100% spin polarization (P), and has a high Curie temperature (TC~850 K). On the other hand, Spinel ferrite CoFe2O4 has been widely studies for various applications such as magnetorestrictive sensors, microwave devices, biomolecular drug delivery, and electronic devices, due to its large magnetocrystalline anisotropy, chemical stability, and unique nonlinear spin-wave properties. Here we have investigated the magneto-transport properties of epitaxial CoxFe3-xO4 thin films. The epitaxial CoxFe3-xO4 (x=0; 0.4; 0.6; 1) thin films were successfully grown on MgO (100) substrate by molecular beam epitaxy (MBE). The quality of the films during growth was monitored by reflection high electron energy diffraction (RHEED). From temperature dependent resistivity measurement, we observed that the Werwey transition (1st order metal-insulator transition) temperature increased with increasing x and the resistivity of film also increased with the increasing x up to $1.6{\Omega}-cm$ for x=1. The magnetoresistance (MR) was measured with magnetic field applied perpendicular to film. A negative transverse MR was disappeared with x=0.6 and 1. Anomalous Hall data will be discussed.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2004년도 하계종합학술대회 논문집(2)
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• pp.419-422
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• 2004

A sensing scheme for current-mode magneto-resistance random access memory (MRAM) with a 1T1MTJ cell structure is proposed. Magnetic tunnel junction (MTJ) resistance, which is HIGH or LOW, is converted to different cell currents during READ operation. The cell current is then amplified to be evaluated by the reference cell current. In this scheme, conventional bit line sense amplifiers are not required and the operation is less sensitive to voltage noise than that of voltage-mode circuit is. It has been confirmed with HSPICE simulations using a 0.35-${\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS technology.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.306.2-306.2
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• 2014

전자기기의 휴대성과 이동성이 강조되고 있는 현대사회에서 비휘발성 메모리는 메모리 산업에 있어 매우 매력적인 동시에 커다란 잠재성을 지닌다. 이미 공정의 한계에 부딪힌 Flash 메모리를 대신하여 10nm 이하의 공정이 가능한 상변화 메모리(Phase-Change Memory, PRAM), 스핀 주입 자화 반전 메모리(Spin Transfer Torque-Magnetic RAM, STT-MRAM), 저항 변화 메모리(Resistive Random Access Memory, ReRAM)가 차세대 비휘발성 메모리 후보로서 거론되고 있으며, 그 중에서도 ReRAM은 빠른 속도와 낮은 소비 전력, CMOS 공정 호환성, 그리고 비교적 단순한 3차원 적층 구조의 특성으로 인해 활발히 연구되고 있다. 특히 최근에는 질화물 또는 질소를 도핑한 산화물을 저항변화 물질로 사용하는 ReRAM이 보고되고 있는데, 이들은 동작전압이 낮을 뿐만 아니라 저항 변화(Resistive Switching, RS) 과정에서 일어나는 계면 산화를 방지할 수 있으므로 ReRAM의 저항 변화 재료로서 각광받고 있다. 그러나 Cell 단위의 ReRAM 소자를 Crossbar Array 구조에 적용시켰을 때 주변 Cell과의 저항 상태 차이로 인해 전류가 낮은 저항 상태(LRS)의 Cell로 흘러 의도치 않은 동작을 야기한다. 이와 같이 누설 전류(Leakage Current)로 인한 상호간의 간섭이 일어나는 Cross-talk 현상이 존재하며, 공정의 간소화와 집적도를 유지하면서 이 문제를 해결하는 것은 실용화하기에 앞서 매우 중요한 문제이다. 따라서, 본 논문에서는 Read 동작 시 발생하는 Cell과 Cell 사이의 Cross-talk 문제를 해결하기 위해 자가 정류 특성(Self-Rectifying)을 가지는 실리콘 질화물/알루미늄 질화물 이중층(Si3N4/AlN Bi-layer)으로 구성된 ReRAM 소자 구조를 제안하였으며, Sputtering 방법을 이용하여 제안된 소자를 제작하였다. 전압-전류 특성 실험결과, 제안된 구조에 대한 에너지 밴드 다이어그램 시뮬레이션 결과와 동일하게 Positive Bias 영역에서 자가 정류 특성을 획득하였고, 결과적으로 Read 동작 시 발생하는 Cross-talk 현상을 차단할 수 있는 결과를 확보하였다.