磁区壁の移動を利用した情報保存装置
【課題】磁区壁の移動を利用した情報保存装置を提供する。
【解決手段】磁区壁の移動を利用した情報保存装置において、磁化方向を有する磁区が形成された書き込みトラックと、書き込みトラック上に形成され、中間層及び情報保存トラックを備えるカラム構造体と、を備える磁区壁の移動を利用した情報保存装置である。
【解決手段】磁区壁の移動を利用した情報保存装置において、磁化方向を有する磁区が形成された書き込みトラックと、書き込みトラック上に形成され、中間層及び情報保存トラックを備えるカラム構造体と、を備える磁区壁の移動を利用した情報保存装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報保存装置に係り、特に磁性物質の磁区壁の移動原理を利用して情報を記録、保存及び消去できる磁区壁の移動を利用した情報保存装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報産業が発達するにつれて、大容量の情報処理が要求されており、高容量の情報を保存できる情報記録媒体に関する需要が増加し続けている。需要の増加によって、情報保存速度が速く、かつ小型の情報記録媒体に関する研究が進められており、結果的に多様な種類の情報保存装置が開発された。一般的に情報記録媒体として広く使われるＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）は、読み取り／書き込みヘッドと情報が記録される回転媒体とを備えており、１００ＧＢ以上の高容量情報が保存されうる。しかし、ＨＤＤのように回転部分を有する保存装置は、磨耗する傾向があり、動作時に不具合が発生する可能性が高いため、信頼性が低下するという短所がある。
【０００３】
最近では、磁性物質の磁区壁の移動原理を利用する新たなデータ保存装置に関する研究及び開発が行われている。
【０００４】
図１Ａないし図１Ｃは、磁区壁の移動原理を示す図面である。図１Ａに示すように、第１磁区１１、第２磁区１２、及び第１磁区１１と第２磁区１２との境界である磁区壁１３を備える磁性ワイヤーが開示されている。
【０００５】
一般的に、磁性体を構成する磁気的な微小領域を磁区という。磁区内では、電子のスピン、すなわち磁気モーメントの方向が同じであるという特徴を有している。かかる磁区のサイズ及び磁化方向は、磁性材料の形態、サイズ及び外部エネルギーにより適切に制御される。磁区壁は、異なる磁化方向を有する磁区の境界部分を表すものである。かかる磁区壁は、磁性材料に印加される磁場または電流により移動できるという特徴がある。
【０００６】
図１Ａに示したように、所定の幅及び厚さを有する磁性層内に特定の方向を有する複数の磁区を生成した後、外部で磁場または電流を印加した場合、磁区壁が移動する。
【０００７】
図１Ｂに示すように、第２磁区１２から第１磁区１１の方向に外部で磁場を加えれば、磁区壁１３は、第２磁区１２から第１磁区１１の方向、すなわち外部磁場の印加方向と同じ方向に移動するということが分かる。同じ原理により、第１磁区１１から第２磁区１２の方向に磁場を印加する場合、磁区壁１３は、第１磁区１１から第２磁区１２の方向に移動する。
【０００８】
図１Ｃに示すように、第１磁区１１から第２磁区１２の方向に外部で電流を印加すれば、磁区壁１３は、第２磁区１２から第１磁区１１の方向に移動する。電流を印加する場合、電子は、逆方向に流れ、磁区壁１３は、電子の移動方向と共に移動する。すなわち、磁区壁は、外部電流の印加方向と逆方向に移動するということが分かる。同じ原理により、第２磁区１２から第１磁区１１の方向に電流を印加する場合、磁区壁１３は、第１磁区１１から第２磁区１２の方向に移動する。
【０００９】
結果的に、磁区壁は、外部磁場や電流の印加を通じて移動し、これは、磁区の移動を意味する。
【００１０】
磁区壁の移動原理は、ＨＤＤや不揮発性ＲＡＭのような情報保存装置に適用される。すなわち、特定の方向に磁化された磁区及びそれらの境界である磁区壁を有する磁性物質において、磁区壁が移動するにつれて磁性物質内の電圧が変化する原理を利用して、‘０’または‘１’のデータを読み取り／書き込み可能な不揮発性メモリ素子を具現できる。この場合、ライン形態の磁性物質内に特定の電流を流れて、磁区壁の位置を変化させつつデータを読み取り／書き込み可能であるため、非常に簡単な構造を有する高集積素子の具現が可能である。したがって、磁区壁の移動原理を利用する場合、従来のＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）及びＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ）などに比べて非常に高い保存容量を有するメモリの製造が可能である。しかし、磁区壁の移動を利用した情報保存装置は、まだ開発初期段階にあり、概ね情報保存密度が低いという短所がある。したがって、高密度で最適化された構造を有する磁区壁の移動を利用したメモリ装置が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、高い情報保存密度を有し、構造的に安定しており、記録媒体を回転させるなどの物理的移動が必要ないので、磨耗及び不具合現象を防止できる磁区壁の移動を利用した情報保存装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、磁区壁の移動を利用した情報保存装置において、磁化方向を有する磁区が形成された書き込みトラックと、前記書き込みトラック上に形成され、中間層及び情報保存トラックを備えるカラム構造体と、を備える磁区壁の移動を利用した情報保存装置を提供する。
【００１３】
本発明において、前記カラム構造体は、中間層及び情報保存トラックが交互に形成されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記情報保存トラックの方向は、前記書き込みトラックの方向と平行、直交または交差する方向であることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、単層または多層構造で形成されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明において、前記情報保存トラックの長さは、前記書き込みトラックの長さより短いことを特徴とする。
【００１７】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１０５Ｊ／ｍ３ないし１０７Ｊ／ｍ３の磁気異方性定数値を有する磁性物質で形成されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、ＣｏＰｔまたはＦｅＰｔのうち少なくともいずれか一つの物質を含んで形成されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１ないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１０ないし５００ｎｍの幅に形成されたことを特徴とする。
【００２１】
本発明において、前記中間層は、単層または多層構造で形成されたことを特徴とする。
本発明において、前記中間層は、１０２ないし１０３Ｊ／ｍ３の磁気異方性定数を有する磁性物質で形成されたことを特徴とする。
【００２２】
本発明において、前記中間層は、１０ないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする。
【００２３】
本発明において、前記中間層は、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅのうちいずれか一つの物質で形成されたことを特徴とする。
【００２４】
本発明において、前記カラム構造体は、中間層及び情報保存トラックが交互に形成され、前記情報保存トラックは、上部に形成された情報保存トラックの長さが下部に形成された情報保存トラックの長さより長いことを特徴とする。
【００２５】
本発明において、前記カラム構造体の上部の情報保存トラックの長さは、下部の情報保存トラックの長さより長いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、次のような長所がある。
【００２７】
第１に、情報保存装置の駆動時、ＨＤＤなどとは異なり、機構的に移動または接触させずに情報を保存及び再生できるので、機構的磨耗がなくてモバイル用として使用でき、超小型化できてテラビット／ｉｎ２の高密度の情報保存装置を提供できる。
【００２８】
第２に、構造が非常に簡単で量産に有利であり、再現性の確保に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置を詳細に説明する。図面に示した各層の厚さ及び幅は、説明のために多少誇張されていることには留意されたい。
【００３０】
本発明では、第１方向に形成された書き込みトラックと、第２方向に形成された情報保存トラックと、前記書き込みトラックと前記情報保存トラックとの間及び前記情報保存トラック同士の間に形成された軟磁性中間層と、を備える情報保存装置を提供する。
【００３１】
図２Ａは、本発明の第１実施形態による磁区壁の移動を利用したメモリ装置を示す斜視図である。
【００３２】
図２Ａに示すように、メモリ装置は、第１方向に形成された書き込みトラック２１と、書き込みトラック２１と直交しており、第２方向に形成された複数の情報保存トラック２２と、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２の間に形成された中間層２３と、を備える。そして、磁気抵抗センサー２４が書き込みトラック２１の下部に形成されている。代わりに、磁気抵抗センサー２４は、書き込みトラック２１の上部に形成されてもよい。情報保存トラック２２は、書き込みトラック２１上に多層構造で形成されるが、書き込みトラック２１の同じ領域上に形成された中間層２３及び情報保存トラック２２を単位カラム構造体と定義する。
【００３３】
図２Ａでは、書き込みトラック２１上に１０個のカラムが形成されており、一つのカラムには、５個の情報保存トラック２２が多層構造で形成されたことを示している。しかし、書き込みトラック２１上に形成されるカラム数は制限されない。また、単位カラムに備えられる情報保存トラック２２の個数も制限されない。
【００３４】
図２Ｂは、図２Ａに示した本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用したメモリ装置の側面図である。図２Ｂに示すように、書き込みトラック２１上に中間層２３と情報保存トラック２２とが交互に形成されているということが分かる。情報保存トラック２２は、いずれも５個が形成されており、上方へ行くほど長くなるということが分かる。これは、情報保存トラック２２の端部に電流を印加する電極（図示せず）を形成しやすくする目的で情報保存トラック２２の長さを調節したためである。情報保存トラック２２の側方に電極を形成する場合には、情報保存トラック２２の長さは制限されない。本発明において、情報保存トラック２２の長さは、書き込みトラック２１の長さより短いことが望ましい。その理由は、情報保存トラック２２の情報は、磁区のスピン方向によって０または１と記録され、情報を読み取るために、情報保存トラック２２の磁区を書き込みトラック２１に移動させて磁気抵抗センサー２４で読み取るためである。
【００３５】
図３Ａは、本発明の第２実施形態による磁区壁の移動を利用したメモリ装置を示す斜視図である。
【００３６】
図３Ａに示すように、メモリ装置は、第１方向に形成された書き込みトラック２１と、書き込みトラック２１と交差しており、第２方向に形成された複数の情報保存トラック２２と、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２同士の間に形成された中間層２３と、を備える。そして、磁気抵抗センサー２４は、書き込みトラック２１の下部に形成されている。代わりに、磁気抵抗センサー２４は、書き込みトラック２１の上部に形成されてもよい。図２Ａと同様に、情報保存トラック２２は、書き込みトラック２１上に多層構造で形成されるが、書き込みトラック２１の同じ領域上に形成された中間層２３及び情報保存トラック２２をカラムという。図２Ａでは、情報保存トラック２２が書き込みトラック２１に対して直交する構造で形成された実施形態を示したが、図３Ａでは、情報保存トラック２２が書き込みトラック２１と交差する構造の実施形態を示した。また、情報保存トラック２２は、書き込みトラック２１と平行な方向に形成させることも可能である。
【００３７】
図３Ｂは、図３Ａに示した本発明の第２実施形態による磁区壁の移動を利用したメモリ装置の側面図である。図３Ｂに示すように、中間層２３は、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２同士の間に形成されているということが分かる。図２Ｂに示した構造のように、図３Ｂに示した構造でも、情報保存トラック２２が上方へ行くほど長く形成されたということが分かる。情報保存トラック２２の端部に電流を印加する電極（図示せず）を形成しやすくする目的で、情報保存トラック２２の長さを調節したためであり、情報保存トラック２２の側方に電極を形成する場合には、情報保存トラック２２の長さは制限されない。情報保存トラック２２の長さは、書き込みトラック２１の長さより短いことが望ましい。
【００３８】
以下、本発明の実施形態による情報保存装置の各層を形成する物質について詳細に説明する。
【００３９】
書き込みトラック２１及び情報保存トラック２２は、情報保存密度を高めるために、高い磁気異方性エネルギー特性を有する物質を使用して形成させる。例えば、磁気異方性定数は１０５Ｊ／ｍ３以上である物質であって、１０５Ｊ／ｍ３ないし１０７Ｊ／ｍ３の磁気異方性エネルギー定数を有する物質を使用することが望ましい。具体的には、垂直磁化特性を有するＣｏＰｔ，ＦｅＰｔまたはそれらを含む合金物質がある。書き込みトラック２１及び情報保存トラック２３は、単層または多層構造で形成される。多層構造で形成する場合を例として挙げれば、ＭｇＯ，Ｂ２Ｏ３，ＡｇまたはＣで第１層を形成し、その上部にＣｏＰｔまたはＦｅＰｔで第２層を形成した後、再び第１層と第２層とを交互に積層する。書き込みトラック２１及び情報保存トラック２２の幅及び厚さは、使用環境によって調節可能であり、大きく制限されないが、幅は、１０ないし５００ｎｍであることが望ましく、厚さは、１ないし１００ｎｍであることが望ましい。
【００４０】
中間層２３は、書き込みトラック２１及び情報保存トラック２２より低い磁気異方性定数を有する物質で形成されたものであって、単層または多層構造で形成される。中間層２３は、１０３Ｊ／ｍ３より小さい磁気異方性エネルギー定数を有する物質で形成され、さらに、１０２ないし１０３Ｊ／ｍ３の磁気異方性エネルギー定数を有する物質で形成されることが望ましい。具体的には、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅのような物質で形成される。中間層２３の厚さは、１０ｎｍ以上に形成され、１０ないし１００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００４１】
磁気抵抗センサー２４は、一般的にＨＤＤのような磁気メモリ装置に使われる磁気抵抗センサーのように、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサーまたはＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサーを使用できる。
【００４２】
以下、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の作動原理、すなわち情報の書き込み及び読み取り過程について詳細に説明する。
【００４３】
図４Ａないし図４Ｈは、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【００４４】
図４Ａに示すように、書き込みトラック２１上に書き込みトラック２１と交差する方向に形成された情報保存トラック２２が形成されており、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２同士の間に中間層２３が形成されている。情報保存トラックには、二つのカラムが形成されており、各カラムには、書き込みトラック２１と交差する二つの情報保存トラック２２が形成されているということが分かる。書き込みトラックの両側端部及び情報保存トラック２２の端部には、電流を印加できる電極Ｅが形成されている。書き込みトラック２１は、基本的に磁化方向の異なる第１磁区２１ａ及び第２磁区２１ｂが存在し、第１磁区２１ａと第２磁区２１ｂとの境界には、磁区壁が存在する。第１磁区２１ａの磁化方向が上方であれば、第２磁区２１ｂの磁化方向は下方であり、それぞれ“０”または“１”の情報と認識される。
【００４５】
図４Ｂに示すように、情報保存トラック２２のうち、情報を記録する特定のトラックを選択する。例えば、２２ａで表示された情報保存トラックを選択する。以下では、この情報保存トラックを第１情報保存トラック２２ａと称する。第１情報保存トラック２２ａに対して第１磁区２１ａと同じ磁化方向を有する磁区を形成するために、まず、書き込みトラック２１の両側部の電極Ｅ１及びＥ２をＯＮに設定する。第１情報保存トラック２２ａの電極Ｅ３は、ＯＦＦに設定する。
【００４６】
図４Ｃに示すように、電極Ｅ１の方向から電極Ｅ２の方向に電流を印加すれば、電子は、電極Ｅ２から電極Ｅ１の方向に流れる。したがって、第１磁区２１ａと第２磁区２１ｂとの間の磁区壁は、電子の流れによって電極Ｅ２から電極Ｅ１の方向に移動する。
【００４７】
図４Ｄに示すように、書き込みトラック２１の第１磁区２１ａと第２磁区２１ｂとの間の磁区壁が第１情報保存トラック２２ａと書き込みトラック２１との間の中間層２３ａを通過するまで、電極Ｅ１及び電極Ｅ２を通じて電流を印加する。これにより、第１磁区２１ａが中間層２３ａの下部に位置する。第１磁区２１ａが中間層２３ａの下部に位置すれば、中間層２３ａは、第１磁区２１ａの影響により第１磁区２１ａと同じ磁化方向を有する。
【００４８】
図４Ｅに示すように、電極Ｅ１をＯＦＦに設定し、電極Ｅ２及び電極Ｅ３をＯＮに設定する。図４Ｆに示すように、電極Ｅ３から電極Ｅ２の方向に電流を印加する。電子は、電極Ｅ２から電極Ｅ３の方向に流れ、したがって、第１磁区２１ａが中間層２３ａを通じて第１情報保存トラック２２ａに拡張される。
【００４９】
次いで、書き込みトラック２１の第２磁区２１ｂと同じ磁化方向を有する磁区を第１情報保存トラック２２ａに形成する過程を説明する。
【００５０】
図４Ｇに示すように、電極Ｅ１及び電極Ｅ２をＯＮに設定し、電極Ｅ２から電極Ｅ１の方向に電流を印加する。これにより、電極Ｅ１から電極Ｅ２の方向に電子が流れ、書き込みトラック２１の第２磁区２１ｂと第１磁区２１ａとの間の磁区壁が電極Ｅ２の方向に移動する。第２磁区２１ｂの領域が中間層２３ａの下部に位置するまで、電流を印加する。第２磁区２１ｂが中間層２３ａの下部に位置するので、中間層２３ａは、第２磁区２１ｂと同じ方向の磁化方向を有する。
【００５１】
図４Ｈに示すように、電極Ｅ１及び電極Ｅ３をＯＮに設定し、電極Ｅ２はＯＦＦに設定する。そして、電極Ｅ３から電極Ｅ１の方向に電流を印加すれば、電子は、電極Ｅ１から電極Ｅ３の方向に移動し、結果的に、書き込みトラック２１の第２磁区２１ｂは、中間層２３ａを通じて第１情報保存トラック２２ａに領域が拡張される。結果的に、第１情報保存トラック２２ａに第２磁区２１ｂと同じ磁化方向を有する磁区が形成される。
【００５２】
前述した方法により、情報保存トラック２２の所望の領域には、所定の磁化方向を有する磁区を形成でき、これは、情報を保存することを意味する。
【００５３】
図５Ａないし図５Ｇを参照して、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り原理について詳細に説明する。
【００５４】
図５Ａに示すように、書き込みトラック２１上に書き込みトラック２１と交差する方向に形成された情報保存トラック２２が形成されており、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２同士の間には中間層２３が形成されている。書き込みトラック２１の下部には、磁気抵抗センサー２４が形成されている。図５Ａでは、図２Ａに示したように１０個のカラムが形成されており、それぞれのカラムには、５個の情報保存トラック２２が形成されている。磁気抵抗センサー２４には、磁気抵抗センサー２４の抵抗値を読み取るための電極Ｓ１が形成されており、磁気抵抗センサー２４の両側には、書き込みトラック２１に電流を印加できる電極Ｓ２及びＳ３が形成されている。
【００５５】
まず、情報を読み取ろうとする情報保存トラック２２を選択する。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、磁気抵抗センサー２４が形成された書き込みトラック２１の右側領域にある第２情報保存トラック２２ｂを選択する場合、電極Ｅ１から電極Ｅ２の方向に電流を印加する。書き込みトラック２１には、異なる磁化方向を有する二つの磁区が形成されており、それらの磁区壁が電極Ｓ２の左側に移動するまで電極Ｅ１から電極Ｅ２の方向に電流を印加する。磁区壁を電極Ｓ２の左側に移動させる理由は、読み取り過程で書き込みトラック２１内に異なる磁化方向を有する磁区を保存するためである。
【００５６】
図５Ｂないし図５Ｄに示すように、電極Ｓ２と第２情報保存トラック２２ｂの端部に形成された電極Ｅ４とをＯＮに設定する。そして、電極Ｓ２から電極Ｅ４の方向に電流を印加する。電流が電極Ｓ２から電極Ｅ４の方向に流れるので、電子は、電極Ｅ４から電極Ｓ２の方向に移動する。これにより、第２情報保存トラック２２ｂの磁区が中間層２３を経て書き込みトラック２１に移動する。参考までに、書き込みトラックの電極Ｅ１と電極Ｓ２との間には電流が流れないため、電極Ｅ１と電極Ｓ２との間の磁区の位置変化はないということが分かる。したがって、図５Ａの書き込みトラック２１の磁区壁Ｗの位置は変わらないということが分かる。
【００５７】
図５Ｅ及び図５Ｆに示すように、第２情報保存トラック２２ｂの磁区が磁気抵抗センサー２４の位置に達すれば、電極Ｓ２をＯＦＦに設定し、電極Ｅ１をＯＮに設定する。そして、電極Ｅ１から電極Ｅ４の方向に電流を印加する。これにより、電子は、電極Ｅ４から電極Ｅ１の方向に流れ、電極Ｅ１と電極Ｅ４との間の磁区が電極Ｅ１の方向に移動する。磁区が磁気抵抗センサー２４を通過しつつ磁区の磁化方向による磁気抵抗センサー２４の抵抗変化を電極Ｓ１を通じて読み取ることによって、第２情報保存トラック２２ｂの情報を読み取る。
【００５８】
最後に、図５Ｇに示すように、電極Ｅ４から電極Ｅ１の方向に電流を印加することによって、磁区を書き込みトラック２１から第２情報保存トラック２２ｂに移動させる。または、図５Ａないし図５Ｆと逆過程で電流を印加することによって、本来の状態に復帰させることによって情報の読み取り過程を終える。
【００５９】
図６Ａないし図６Ｅは、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り原理を説明するための図面である。図５Ａないし図５Ｇでは、書き込みトラック２１の磁気抵抗センサー２４の右側に位置した情報保存トラック２２の情報を読み取る過程を示したが、ここでは、左側に位置した情報保存トラック２２の情報を読み取る過程を示す。
【００６０】
図６Ａに示すように、書き込みトラック２１の磁気抵抗センサー２４の左側に形成された第３情報保存トラック２２ｃの情報を読み取ろうとする場合、電極Ｅ１及び電極Ｅ２をＯＮに設定した後、電極Ｅ２から電極Ｅ１の方向に電流を印加する。書き込みトラック２１に形成された異なる磁化方向を有する二つの磁区間の磁区壁Ｗは、電極Ｅ２の方向に移動し、磁区壁Ｗが電極Ｓ３の右側に移動するまで電流を印加する。
【００６１】
図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、電極Ｓ３と第３情報保存トラック２２ｃの端部に形成された電極Ｅ５とをＯＮに設定する。そして、電極Ｓ３から電極Ｅ５の方向に電流を印加する。電極Ｓ３から電極Ｅ５の方向に電流を印加すれば、電子は、電極Ｅ５から電極Ｓ３の方向に流れる。これにより、第３情報保存トラック２２ｃの磁区が中間層２３を経て書き込みトラック２１に移動する。書き込みトラック２１の電極Ｓ３と電極Ｅ２との間には電流が流れないため、電極Ｓ３と電極Ｅ２との間の磁区の位置変化はなく、書き込みトラック２１の磁区壁Ｗの位置は変わらないということが分かる。
【００６２】
図６Ｄに示すように、第３情報保存トラック２２ｃの磁区が磁気抵抗センサー２４の位置に達すれば、電極Ｓ３をＯＦＦに設定し、電極Ｅ２をＯＮに設定する。そして、電極Ｅ２から電極Ｅ５の方向に電流を印加する。これにより、電子は、電極Ｅ５から電極Ｅ２の方向に流れ、電極Ｅ５と電極Ｅ２との間の磁区が電極Ｅ２の方向に移動する。第３情報保存トラック２２ｃの磁区が磁気抵抗センサー２４の上部の書き込みトラック２１を移動しつつ、磁区の磁化方向による磁気抵抗センサー２４の抵抗変化を電極Ｓ１を通じて読み取る。
【００６３】
最後に、図６Ｅに示すように、電極Ｅ５から電極Ｅ２の方向に電流を印加することによって、磁区を書き込みトラック２１から第３情報保存トラック２２ｃに移動させる。または、図６Ａないし図６Ｄと逆過程で電流を印加することによって、磁区を本来の位置に復帰させる。
【００６４】
前述したように、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の場合、情報の記録及び消去時に物理的に移動する構成要素がなく単純に電流の印加により駆動するということが分かる。すなわち、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の場合、従来の磁気ヘッドのように部品の物理的な磨耗現象を基本的に防止できる構造になる。
【００６５】
図７は、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の設計上の一例を示す平面図である。図７に示すように、磁気抵抗センサー２４は、書き込みトラック２１の中心部に形成されており、磁気抵抗センサー２４の位置を中心に情報保存トラック２２が対称構造で形成されている。かかる構造は、設計上の一例を示すものであって、これに限定されず、前述したように、書き込みトラック２１上のカラムの位置及び個数、一つのカラムに形成された情報保存トラック２２の個数は制限されない。
【００６６】
以上、多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するというより、望ましい実施形態の例示として解析されたい。例えば、本発明の半導体装置は、読み取り／書き込みヘッドをさらに備えるＨＤＤのようなストレージ装置であってもよく、読み取り／書き込み電極をさらに備えるＲＡＭのようなメモリ素子であってもよく、場合によってはロジック素子として使われる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態により決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、情報保存装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１Ａ】磁区壁の移動に関する基本原理を示す図面である。
【図１Ｂ】磁区壁の移動に関する基本原理を示す図面である。
【図１Ｃ】磁区壁の移動に関する基本原理を示す図面である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置を示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した本発明の第１実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の側断面図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した本発明の第２実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の側断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｅ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｆ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｇ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｈ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｅ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｆ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｇ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図６Ｄ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図６Ｅ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図７】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の設計上の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１ 第１磁区
１２ 第２磁区
１３ 磁区壁
２１ 書き込みトラック
２２ 情報保存トラック
２３ 中間層
２４ 磁気抵抗センサー
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報保存装置に係り、特に磁性物質の磁区壁の移動原理を利用して情報を記録、保存及び消去できる磁区壁の移動を利用した情報保存装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報産業が発達するにつれて、大容量の情報処理が要求されており、高容量の情報を保存できる情報記録媒体に関する需要が増加し続けている。需要の増加によって、情報保存速度が速く、かつ小型の情報記録媒体に関する研究が進められており、結果的に多様な種類の情報保存装置が開発された。一般的に情報記録媒体として広く使われるＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）は、読み取り／書き込みヘッドと情報が記録される回転媒体とを備えており、１００ＧＢ以上の高容量情報が保存されうる。しかし、ＨＤＤのように回転部分を有する保存装置は、磨耗する傾向があり、動作時に不具合が発生する可能性が高いため、信頼性が低下するという短所がある。
【０００３】
最近では、磁性物質の磁区壁の移動原理を利用する新たなデータ保存装置に関する研究及び開発が行われている。
【０００４】
図１Ａないし図１Ｃは、磁区壁の移動原理を示す図面である。図１Ａに示すように、第１磁区１１、第２磁区１２、及び第１磁区１１と第２磁区１２との境界である磁区壁１３を備える磁性ワイヤーが開示されている。
【０００５】
一般的に、磁性体を構成する磁気的な微小領域を磁区という。磁区内では、電子のスピン、すなわち磁気モーメントの方向が同じであるという特徴を有している。かかる磁区のサイズ及び磁化方向は、磁性材料の形態、サイズ及び外部エネルギーにより適切に制御される。磁区壁は、異なる磁化方向を有する磁区の境界部分を表すものである。かかる磁区壁は、磁性材料に印加される磁場または電流により移動できるという特徴がある。
【０００６】
図１Ａに示したように、所定の幅及び厚さを有する磁性層内に特定の方向を有する複数の磁区を生成した後、外部で磁場または電流を印加した場合、磁区壁が移動する。
【０００７】
図１Ｂに示すように、第２磁区１２から第１磁区１１の方向に外部で磁場を加えれば、磁区壁１３は、第２磁区１２から第１磁区１１の方向、すなわち外部磁場の印加方向と同じ方向に移動するということが分かる。同じ原理により、第１磁区１１から第２磁区１２の方向に磁場を印加する場合、磁区壁１３は、第１磁区１１から第２磁区１２の方向に移動する。
【０００８】
図１Ｃに示すように、第１磁区１１から第２磁区１２の方向に外部で電流を印加すれば、磁区壁１３は、第２磁区１２から第１磁区１１の方向に移動する。電流を印加する場合、電子は、逆方向に流れ、磁区壁１３は、電子の移動方向と共に移動する。すなわち、磁区壁は、外部電流の印加方向と逆方向に移動するということが分かる。同じ原理により、第２磁区１２から第１磁区１１の方向に電流を印加する場合、磁区壁１３は、第１磁区１１から第２磁区１２の方向に移動する。
【０００９】
結果的に、磁区壁は、外部磁場や電流の印加を通じて移動し、これは、磁区の移動を意味する。
【００１０】
磁区壁の移動原理は、ＨＤＤや不揮発性ＲＡＭのような情報保存装置に適用される。すなわち、特定の方向に磁化された磁区及びそれらの境界である磁区壁を有する磁性物質において、磁区壁が移動するにつれて磁性物質内の電圧が変化する原理を利用して、‘０’または‘１’のデータを読み取り／書き込み可能な不揮発性メモリ素子を具現できる。この場合、ライン形態の磁性物質内に特定の電流を流れて、磁区壁の位置を変化させつつデータを読み取り／書き込み可能であるため、非常に簡単な構造を有する高集積素子の具現が可能である。したがって、磁区壁の移動原理を利用する場合、従来のＦＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ＲＡＭ）及びＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ ＲＡＭ）などに比べて非常に高い保存容量を有するメモリの製造が可能である。しかし、磁区壁の移動を利用した情報保存装置は、まだ開発初期段階にあり、概ね情報保存密度が低いという短所がある。したがって、高密度で最適化された構造を有する磁区壁の移動を利用したメモリ装置が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、高い情報保存密度を有し、構造的に安定しており、記録媒体を回転させるなどの物理的移動が必要ないので、磨耗及び不具合現象を防止できる磁区壁の移動を利用した情報保存装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、磁区壁の移動を利用した情報保存装置において、磁化方向を有する磁区が形成された書き込みトラックと、前記書き込みトラック上に形成され、中間層及び情報保存トラックを備えるカラム構造体と、を備える磁区壁の移動を利用した情報保存装置を提供する。
【００１３】
本発明において、前記カラム構造体は、中間層及び情報保存トラックが交互に形成されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明において、前記情報保存トラックの方向は、前記書き込みトラックの方向と平行、直交または交差する方向であることを特徴とする。
【００１５】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、単層または多層構造で形成されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明において、前記情報保存トラックの長さは、前記書き込みトラックの長さより短いことを特徴とする。
【００１７】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１０５Ｊ／ｍ３ないし１０７Ｊ／ｍ３の磁気異方性定数値を有する磁性物質で形成されたことを特徴とする。
【００１８】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、ＣｏＰｔまたはＦｅＰｔのうち少なくともいずれか一つの物質を含んで形成されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１ないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明において、前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１０ないし５００ｎｍの幅に形成されたことを特徴とする。
【００２１】
本発明において、前記中間層は、単層または多層構造で形成されたことを特徴とする。
本発明において、前記中間層は、１０２ないし１０３Ｊ／ｍ３の磁気異方性定数を有する磁性物質で形成されたことを特徴とする。
【００２２】
本発明において、前記中間層は、１０ないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする。
【００２３】
本発明において、前記中間層は、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅのうちいずれか一つの物質で形成されたことを特徴とする。
【００２４】
本発明において、前記カラム構造体は、中間層及び情報保存トラックが交互に形成され、前記情報保存トラックは、上部に形成された情報保存トラックの長さが下部に形成された情報保存トラックの長さより長いことを特徴とする。
【００２５】
本発明において、前記カラム構造体の上部の情報保存トラックの長さは、下部の情報保存トラックの長さより長いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、次のような長所がある。
【００２７】
第１に、情報保存装置の駆動時、ＨＤＤなどとは異なり、機構的に移動または接触させずに情報を保存及び再生できるので、機構的磨耗がなくてモバイル用として使用でき、超小型化できてテラビット／ｉｎ２の高密度の情報保存装置を提供できる。
【００２８】
第２に、構造が非常に簡単で量産に有利であり、再現性の確保に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置を詳細に説明する。図面に示した各層の厚さ及び幅は、説明のために多少誇張されていることには留意されたい。
【００３０】
本発明では、第１方向に形成された書き込みトラックと、第２方向に形成された情報保存トラックと、前記書き込みトラックと前記情報保存トラックとの間及び前記情報保存トラック同士の間に形成された軟磁性中間層と、を備える情報保存装置を提供する。
【００３１】
図２Ａは、本発明の第１実施形態による磁区壁の移動を利用したメモリ装置を示す斜視図である。
【００３２】
図２Ａに示すように、メモリ装置は、第１方向に形成された書き込みトラック２１と、書き込みトラック２１と直交しており、第２方向に形成された複数の情報保存トラック２２と、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２の間に形成された中間層２３と、を備える。そして、磁気抵抗センサー２４が書き込みトラック２１の下部に形成されている。代わりに、磁気抵抗センサー２４は、書き込みトラック２１の上部に形成されてもよい。情報保存トラック２２は、書き込みトラック２１上に多層構造で形成されるが、書き込みトラック２１の同じ領域上に形成された中間層２３及び情報保存トラック２２を単位カラム構造体と定義する。
【００３３】
図２Ａでは、書き込みトラック２１上に１０個のカラムが形成されており、一つのカラムには、５個の情報保存トラック２２が多層構造で形成されたことを示している。しかし、書き込みトラック２１上に形成されるカラム数は制限されない。また、単位カラムに備えられる情報保存トラック２２の個数も制限されない。
【００３４】
図２Ｂは、図２Ａに示した本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用したメモリ装置の側面図である。図２Ｂに示すように、書き込みトラック２１上に中間層２３と情報保存トラック２２とが交互に形成されているということが分かる。情報保存トラック２２は、いずれも５個が形成されており、上方へ行くほど長くなるということが分かる。これは、情報保存トラック２２の端部に電流を印加する電極（図示せず）を形成しやすくする目的で情報保存トラック２２の長さを調節したためである。情報保存トラック２２の側方に電極を形成する場合には、情報保存トラック２２の長さは制限されない。本発明において、情報保存トラック２２の長さは、書き込みトラック２１の長さより短いことが望ましい。その理由は、情報保存トラック２２の情報は、磁区のスピン方向によって０または１と記録され、情報を読み取るために、情報保存トラック２２の磁区を書き込みトラック２１に移動させて磁気抵抗センサー２４で読み取るためである。
【００３５】
図３Ａは、本発明の第２実施形態による磁区壁の移動を利用したメモリ装置を示す斜視図である。
【００３６】
図３Ａに示すように、メモリ装置は、第１方向に形成された書き込みトラック２１と、書き込みトラック２１と交差しており、第２方向に形成された複数の情報保存トラック２２と、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２同士の間に形成された中間層２３と、を備える。そして、磁気抵抗センサー２４は、書き込みトラック２１の下部に形成されている。代わりに、磁気抵抗センサー２４は、書き込みトラック２１の上部に形成されてもよい。図２Ａと同様に、情報保存トラック２２は、書き込みトラック２１上に多層構造で形成されるが、書き込みトラック２１の同じ領域上に形成された中間層２３及び情報保存トラック２２をカラムという。図２Ａでは、情報保存トラック２２が書き込みトラック２１に対して直交する構造で形成された実施形態を示したが、図３Ａでは、情報保存トラック２２が書き込みトラック２１と交差する構造の実施形態を示した。また、情報保存トラック２２は、書き込みトラック２１と平行な方向に形成させることも可能である。
【００３７】
図３Ｂは、図３Ａに示した本発明の第２実施形態による磁区壁の移動を利用したメモリ装置の側面図である。図３Ｂに示すように、中間層２３は、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２同士の間に形成されているということが分かる。図２Ｂに示した構造のように、図３Ｂに示した構造でも、情報保存トラック２２が上方へ行くほど長く形成されたということが分かる。情報保存トラック２２の端部に電流を印加する電極（図示せず）を形成しやすくする目的で、情報保存トラック２２の長さを調節したためであり、情報保存トラック２２の側方に電極を形成する場合には、情報保存トラック２２の長さは制限されない。情報保存トラック２２の長さは、書き込みトラック２１の長さより短いことが望ましい。
【００３８】
以下、本発明の実施形態による情報保存装置の各層を形成する物質について詳細に説明する。
【００３９】
書き込みトラック２１及び情報保存トラック２２は、情報保存密度を高めるために、高い磁気異方性エネルギー特性を有する物質を使用して形成させる。例えば、磁気異方性定数は１０５Ｊ／ｍ３以上である物質であって、１０５Ｊ／ｍ３ないし１０７Ｊ／ｍ３の磁気異方性エネルギー定数を有する物質を使用することが望ましい。具体的には、垂直磁化特性を有するＣｏＰｔ，ＦｅＰｔまたはそれらを含む合金物質がある。書き込みトラック２１及び情報保存トラック２３は、単層または多層構造で形成される。多層構造で形成する場合を例として挙げれば、ＭｇＯ，Ｂ２Ｏ３，ＡｇまたはＣで第１層を形成し、その上部にＣｏＰｔまたはＦｅＰｔで第２層を形成した後、再び第１層と第２層とを交互に積層する。書き込みトラック２１及び情報保存トラック２２の幅及び厚さは、使用環境によって調節可能であり、大きく制限されないが、幅は、１０ないし５００ｎｍであることが望ましく、厚さは、１ないし１００ｎｍであることが望ましい。
【００４０】
中間層２３は、書き込みトラック２１及び情報保存トラック２２より低い磁気異方性定数を有する物質で形成されたものであって、単層または多層構造で形成される。中間層２３は、１０３Ｊ／ｍ３より小さい磁気異方性エネルギー定数を有する物質で形成され、さらに、１０２ないし１０３Ｊ／ｍ３の磁気異方性エネルギー定数を有する物質で形成されることが望ましい。具体的には、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅのような物質で形成される。中間層２３の厚さは、１０ｎｍ以上に形成され、１０ないし１００ｎｍの厚さに形成されることが望ましい。
【００４１】
磁気抵抗センサー２４は、一般的にＨＤＤのような磁気メモリ装置に使われる磁気抵抗センサーのように、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサーまたはＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサーを使用できる。
【００４２】
以下、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の作動原理、すなわち情報の書き込み及び読み取り過程について詳細に説明する。
【００４３】
図４Ａないし図４Ｈは、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【００４４】
図４Ａに示すように、書き込みトラック２１上に書き込みトラック２１と交差する方向に形成された情報保存トラック２２が形成されており、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２同士の間に中間層２３が形成されている。情報保存トラックには、二つのカラムが形成されており、各カラムには、書き込みトラック２１と交差する二つの情報保存トラック２２が形成されているということが分かる。書き込みトラックの両側端部及び情報保存トラック２２の端部には、電流を印加できる電極Ｅが形成されている。書き込みトラック２１は、基本的に磁化方向の異なる第１磁区２１ａ及び第２磁区２１ｂが存在し、第１磁区２１ａと第２磁区２１ｂとの境界には、磁区壁が存在する。第１磁区２１ａの磁化方向が上方であれば、第２磁区２１ｂの磁化方向は下方であり、それぞれ“０”または“１”の情報と認識される。
【００４５】
図４Ｂに示すように、情報保存トラック２２のうち、情報を記録する特定のトラックを選択する。例えば、２２ａで表示された情報保存トラックを選択する。以下では、この情報保存トラックを第１情報保存トラック２２ａと称する。第１情報保存トラック２２ａに対して第１磁区２１ａと同じ磁化方向を有する磁区を形成するために、まず、書き込みトラック２１の両側部の電極Ｅ１及びＥ２をＯＮに設定する。第１情報保存トラック２２ａの電極Ｅ３は、ＯＦＦに設定する。
【００４６】
図４Ｃに示すように、電極Ｅ１の方向から電極Ｅ２の方向に電流を印加すれば、電子は、電極Ｅ２から電極Ｅ１の方向に流れる。したがって、第１磁区２１ａと第２磁区２１ｂとの間の磁区壁は、電子の流れによって電極Ｅ２から電極Ｅ１の方向に移動する。
【００４７】
図４Ｄに示すように、書き込みトラック２１の第１磁区２１ａと第２磁区２１ｂとの間の磁区壁が第１情報保存トラック２２ａと書き込みトラック２１との間の中間層２３ａを通過するまで、電極Ｅ１及び電極Ｅ２を通じて電流を印加する。これにより、第１磁区２１ａが中間層２３ａの下部に位置する。第１磁区２１ａが中間層２３ａの下部に位置すれば、中間層２３ａは、第１磁区２１ａの影響により第１磁区２１ａと同じ磁化方向を有する。
【００４８】
図４Ｅに示すように、電極Ｅ１をＯＦＦに設定し、電極Ｅ２及び電極Ｅ３をＯＮに設定する。図４Ｆに示すように、電極Ｅ３から電極Ｅ２の方向に電流を印加する。電子は、電極Ｅ２から電極Ｅ３の方向に流れ、したがって、第１磁区２１ａが中間層２３ａを通じて第１情報保存トラック２２ａに拡張される。
【００４９】
次いで、書き込みトラック２１の第２磁区２１ｂと同じ磁化方向を有する磁区を第１情報保存トラック２２ａに形成する過程を説明する。
【００５０】
図４Ｇに示すように、電極Ｅ１及び電極Ｅ２をＯＮに設定し、電極Ｅ２から電極Ｅ１の方向に電流を印加する。これにより、電極Ｅ１から電極Ｅ２の方向に電子が流れ、書き込みトラック２１の第２磁区２１ｂと第１磁区２１ａとの間の磁区壁が電極Ｅ２の方向に移動する。第２磁区２１ｂの領域が中間層２３ａの下部に位置するまで、電流を印加する。第２磁区２１ｂが中間層２３ａの下部に位置するので、中間層２３ａは、第２磁区２１ｂと同じ方向の磁化方向を有する。
【００５１】
図４Ｈに示すように、電極Ｅ１及び電極Ｅ３をＯＮに設定し、電極Ｅ２はＯＦＦに設定する。そして、電極Ｅ３から電極Ｅ１の方向に電流を印加すれば、電子は、電極Ｅ１から電極Ｅ３の方向に移動し、結果的に、書き込みトラック２１の第２磁区２１ｂは、中間層２３ａを通じて第１情報保存トラック２２ａに領域が拡張される。結果的に、第１情報保存トラック２２ａに第２磁区２１ｂと同じ磁化方向を有する磁区が形成される。
【００５２】
前述した方法により、情報保存トラック２２の所望の領域には、所定の磁化方向を有する磁区を形成でき、これは、情報を保存することを意味する。
【００５３】
図５Ａないし図５Ｇを参照して、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り原理について詳細に説明する。
【００５４】
図５Ａに示すように、書き込みトラック２１上に書き込みトラック２１と交差する方向に形成された情報保存トラック２２が形成されており、書き込みトラック２１と情報保存トラック２２との間及び情報保存トラック２２同士の間には中間層２３が形成されている。書き込みトラック２１の下部には、磁気抵抗センサー２４が形成されている。図５Ａでは、図２Ａに示したように１０個のカラムが形成されており、それぞれのカラムには、５個の情報保存トラック２２が形成されている。磁気抵抗センサー２４には、磁気抵抗センサー２４の抵抗値を読み取るための電極Ｓ１が形成されており、磁気抵抗センサー２４の両側には、書き込みトラック２１に電流を印加できる電極Ｓ２及びＳ３が形成されている。
【００５５】
まず、情報を読み取ろうとする情報保存トラック２２を選択する。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、磁気抵抗センサー２４が形成された書き込みトラック２１の右側領域にある第２情報保存トラック２２ｂを選択する場合、電極Ｅ１から電極Ｅ２の方向に電流を印加する。書き込みトラック２１には、異なる磁化方向を有する二つの磁区が形成されており、それらの磁区壁が電極Ｓ２の左側に移動するまで電極Ｅ１から電極Ｅ２の方向に電流を印加する。磁区壁を電極Ｓ２の左側に移動させる理由は、読み取り過程で書き込みトラック２１内に異なる磁化方向を有する磁区を保存するためである。
【００５６】
図５Ｂないし図５Ｄに示すように、電極Ｓ２と第２情報保存トラック２２ｂの端部に形成された電極Ｅ４とをＯＮに設定する。そして、電極Ｓ２から電極Ｅ４の方向に電流を印加する。電流が電極Ｓ２から電極Ｅ４の方向に流れるので、電子は、電極Ｅ４から電極Ｓ２の方向に移動する。これにより、第２情報保存トラック２２ｂの磁区が中間層２３を経て書き込みトラック２１に移動する。参考までに、書き込みトラックの電極Ｅ１と電極Ｓ２との間には電流が流れないため、電極Ｅ１と電極Ｓ２との間の磁区の位置変化はないということが分かる。したがって、図５Ａの書き込みトラック２１の磁区壁Ｗの位置は変わらないということが分かる。
【００５７】
図５Ｅ及び図５Ｆに示すように、第２情報保存トラック２２ｂの磁区が磁気抵抗センサー２４の位置に達すれば、電極Ｓ２をＯＦＦに設定し、電極Ｅ１をＯＮに設定する。そして、電極Ｅ１から電極Ｅ４の方向に電流を印加する。これにより、電子は、電極Ｅ４から電極Ｅ１の方向に流れ、電極Ｅ１と電極Ｅ４との間の磁区が電極Ｅ１の方向に移動する。磁区が磁気抵抗センサー２４を通過しつつ磁区の磁化方向による磁気抵抗センサー２４の抵抗変化を電極Ｓ１を通じて読み取ることによって、第２情報保存トラック２２ｂの情報を読み取る。
【００５８】
最後に、図５Ｇに示すように、電極Ｅ４から電極Ｅ１の方向に電流を印加することによって、磁区を書き込みトラック２１から第２情報保存トラック２２ｂに移動させる。または、図５Ａないし図５Ｆと逆過程で電流を印加することによって、本来の状態に復帰させることによって情報の読み取り過程を終える。
【００５９】
図６Ａないし図６Ｅは、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り原理を説明するための図面である。図５Ａないし図５Ｇでは、書き込みトラック２１の磁気抵抗センサー２４の右側に位置した情報保存トラック２２の情報を読み取る過程を示したが、ここでは、左側に位置した情報保存トラック２２の情報を読み取る過程を示す。
【００６０】
図６Ａに示すように、書き込みトラック２１の磁気抵抗センサー２４の左側に形成された第３情報保存トラック２２ｃの情報を読み取ろうとする場合、電極Ｅ１及び電極Ｅ２をＯＮに設定した後、電極Ｅ２から電極Ｅ１の方向に電流を印加する。書き込みトラック２１に形成された異なる磁化方向を有する二つの磁区間の磁区壁Ｗは、電極Ｅ２の方向に移動し、磁区壁Ｗが電極Ｓ３の右側に移動するまで電流を印加する。
【００６１】
図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、電極Ｓ３と第３情報保存トラック２２ｃの端部に形成された電極Ｅ５とをＯＮに設定する。そして、電極Ｓ３から電極Ｅ５の方向に電流を印加する。電極Ｓ３から電極Ｅ５の方向に電流を印加すれば、電子は、電極Ｅ５から電極Ｓ３の方向に流れる。これにより、第３情報保存トラック２２ｃの磁区が中間層２３を経て書き込みトラック２１に移動する。書き込みトラック２１の電極Ｓ３と電極Ｅ２との間には電流が流れないため、電極Ｓ３と電極Ｅ２との間の磁区の位置変化はなく、書き込みトラック２１の磁区壁Ｗの位置は変わらないということが分かる。
【００６２】
図６Ｄに示すように、第３情報保存トラック２２ｃの磁区が磁気抵抗センサー２４の位置に達すれば、電極Ｓ３をＯＦＦに設定し、電極Ｅ２をＯＮに設定する。そして、電極Ｅ２から電極Ｅ５の方向に電流を印加する。これにより、電子は、電極Ｅ５から電極Ｅ２の方向に流れ、電極Ｅ５と電極Ｅ２との間の磁区が電極Ｅ２の方向に移動する。第３情報保存トラック２２ｃの磁区が磁気抵抗センサー２４の上部の書き込みトラック２１を移動しつつ、磁区の磁化方向による磁気抵抗センサー２４の抵抗変化を電極Ｓ１を通じて読み取る。
【００６３】
最後に、図６Ｅに示すように、電極Ｅ５から電極Ｅ２の方向に電流を印加することによって、磁区を書き込みトラック２１から第３情報保存トラック２２ｃに移動させる。または、図６Ａないし図６Ｄと逆過程で電流を印加することによって、磁区を本来の位置に復帰させる。
【００６４】
前述したように、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の場合、情報の記録及び消去時に物理的に移動する構成要素がなく単純に電流の印加により駆動するということが分かる。すなわち、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の場合、従来の磁気ヘッドのように部品の物理的な磨耗現象を基本的に防止できる構造になる。
【００６５】
図７は、本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の設計上の一例を示す平面図である。図７に示すように、磁気抵抗センサー２４は、書き込みトラック２１の中心部に形成されており、磁気抵抗センサー２４の位置を中心に情報保存トラック２２が対称構造で形成されている。かかる構造は、設計上の一例を示すものであって、これに限定されず、前述したように、書き込みトラック２１上のカラムの位置及び個数、一つのカラムに形成された情報保存トラック２２の個数は制限されない。
【００６６】
以上、多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するというより、望ましい実施形態の例示として解析されたい。例えば、本発明の半導体装置は、読み取り／書き込みヘッドをさらに備えるＨＤＤのようなストレージ装置であってもよく、読み取り／書き込み電極をさらに備えるＲＡＭのようなメモリ素子であってもよく、場合によってはロジック素子として使われる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態により決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、情報保存装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１Ａ】磁区壁の移動に関する基本原理を示す図面である。
【図１Ｂ】磁区壁の移動に関する基本原理を示す図面である。
【図１Ｃ】磁区壁の移動に関する基本原理を示す図面である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置を示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した本発明の第１実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の側断面図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置を示す斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した本発明の第２実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の側断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｅ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｆ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｇ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図４Ｈ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｄ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｅ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｆ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図５Ｇ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の読み取り方法を説明するための図面である。
【図６Ａ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図６Ｄ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図６Ｅ】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の情報の書き込み方法を説明するための図面である。
【図７】本発明の実施形態による磁区壁の移動を利用した情報保存装置の設計上の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１１ 第１磁区
１２ 第２磁区
１３ 磁区壁
２１ 書き込みトラック
２２ 情報保存トラック
２３ 中間層
２４ 磁気抵抗センサー
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁区壁の移動を利用した情報保存装置において、
磁化方向を有する磁区が形成された書き込みトラックと、
前記書き込みトラック上に形成され、中間層及び情報保存トラックを備えるカラム構造体と、を備えることを特徴とする磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項２】
前記カラム構造体は、中間層及び情報保存トラックが交互に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項３】
前記情報保存トラックの方向は、前記書き込みトラックの方向と平行、直交または交差する方向であることを特徴とする請求項１に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項４】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、単層または多層構造で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項５】
前記情報保存トラックの長さは、前記書き込みトラックの長さより短いことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項６】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１０５Ｊ／ｍ３ないし１０７Ｊ／ｍ３の磁気異方性エネルギー定数値を有する磁性物質で形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項７】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、ＣｏＰｔまたはＦｅＰｔのうち少なくともいずれか一つの物質を含んで形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項８】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１ないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項９】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１０ないし５００ｎｍの幅に形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１０】
前記中間層は、単層または多層構造で形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１１】
前記中間層は、１０２ないし１０３Ｊ／ｍ３の磁気異方性エネルギー定数を有する磁性物質で形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１２】
前記中間層は、１０ないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１３】
前記中間層は、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅのうちいずれか一つの物質で形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１４】
前記書き込みトラックに形成された磁気抵抗センサーを備えることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１５】
前記カラム構造体は、中間層及び情報保存トラックが交互に形成され、前記情報保存トラックは、上部に形成された情報保存トラックの長さが下部に形成された情報保存トラックの長さより長いことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１】
磁区壁の移動を利用した情報保存装置において、
磁化方向を有する磁区が形成された書き込みトラックと、
前記書き込みトラック上に形成され、中間層及び情報保存トラックを備えるカラム構造体と、を備えることを特徴とする磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項２】
前記カラム構造体は、中間層及び情報保存トラックが交互に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項３】
前記情報保存トラックの方向は、前記書き込みトラックの方向と平行、直交または交差する方向であることを特徴とする請求項１に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項４】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、単層または多層構造で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項５】
前記情報保存トラックの長さは、前記書き込みトラックの長さより短いことを特徴とする請求項１に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項６】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１０５Ｊ／ｍ３ないし１０７Ｊ／ｍ３の磁気異方性エネルギー定数値を有する磁性物質で形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項７】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、ＣｏＰｔまたはＦｅＰｔのうち少なくともいずれか一つの物質を含んで形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項８】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１ないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項９】
前記書き込みトラック及び前記情報保存トラックは、１０ないし５００ｎｍの幅に形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１０】
前記中間層は、単層または多層構造で形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１１】
前記中間層は、１０２ないし１０３Ｊ／ｍ３の磁気異方性エネルギー定数を有する磁性物質で形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１２】
前記中間層は、１０ないし１００ｎｍの厚さに形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１３】
前記中間層は、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅのうちいずれか一つの物質で形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１４】
前記書き込みトラックに形成された磁気抵抗センサーを備えることを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【請求項１５】
前記カラム構造体は、中間層及び情報保存トラックが交互に形成され、前記情報保存トラックは、上部に形成された情報保存トラックの長さが下部に形成された情報保存トラックの長さより長いことを特徴とする請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の磁区壁の移動を利用した情報保存装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図７】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図７】
【公開番号】特開２００８−７８６５０（Ｐ２００８−７８６５０Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３９８３６（Ｐ２００７−２３９８３６）
【出願日】平成１９年９月１４日（２００７．９．１４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＦＲＡＭ
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１４日（２００７．９．１４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＦＲＡＭ
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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