[发明专利]利用磁畴壁移动的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，更具体地，涉及利用磁畴壁移动的半导体器件。

背景技术

数据存储器件在很大程度上分为当电源被关断时丢失所有记录数据的易失性数据存储器件和即使当电源关断时也保持数据的非易失性数据存储器件。

非易失性数据存储器件包括硬盘驱动器(HDD)和非易失性随机存取存储器(RAM)。HDD包括读和写头以及旋转的数据存储介质，且能够存储1000亿字节或更多。然而，具有与HDD类似的旋转部件的器件具有随时间磨损的问题，因此，存在操作失效的很大可能性，从而降低可靠性。

广泛使用的闪存是非易失性RAM的例子。然而，闪存具有读取和写入速度慢以及寿命短的缺点。由于闪存的这些缺点，已经开发了有限数目的新存储器件并且一些已经商业化，例如铁电随机存取存储器(FRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)和相变随机存取存储器(PRAM)。然而，由于减小单元面积方面的困难而难以开发大容量存储器形式的FRAM，另外因为MRAM具有大的写电流且具有小的用于区别数据信号的检测裕度而难以开发大容量存储器形式的MRAM。PRAM与FRAM和MRAM相比较易于减小到小尺寸，但是需要减小重置电流以降低功耗。此外，闪存、FRAM、MRAM和PRAM与HDD相比都具有小的存储容量且具有高制造成本。

因此，作为解决上述常规非易失性数据存储器件的缺点的方法，已经进行了相关于利用磁畴壁移动的新数据存储器件的许多研究和开发。

现在将描述磁物质中的磁畴和磁畴壁。之后，将描述使用磁畴和磁畴壁的存储器件。

组成铁磁体的微小磁区域被命名为磁畴。磁畴中电子的旋转，即磁矩的方向是相同的。磁畴的尺寸和磁化方向能通过磁物质的形状和尺寸以及外部能量被适当地控制。

磁畴壁是具有与另一磁畴不同的磁化方向的磁畴的边界部分。磁畴壁能通过外磁场或通过施加到磁物质的电流而被移动。即，具有特定磁化方向的多个磁畴可形成在具有预定宽度和厚度的磁线(magnetic wire)中，磁畴可利用磁场或具有适当强度的电流被移动。

磁畴壁移动的原理可应用于诸如HDD的数据存储器件。即，当磁物质中被磁化从而对应于特定数据的磁畴被移动从而经过读/写头时，读/写数据操作是可行的。在此情况下，读/写操作是可行的而不直接旋转记录介质。因此，可以解决传统HDD的磨损和失效问题。应用磁畴壁移动原理的数据存储器件的例子已经在美国专利No.6834005 B1中被公开。

此外，磁畴壁移动的原理可应用于诸如非易失性RAM的存储器。即，可写/读数据‘0’或‘1’的非易失性存储器可利用磁物质中的电压根据具有沿特定方向磁化的磁畴和磁畴壁的磁物质中磁畴壁的移动而变化的原理来实现。这样，因为可通过在线型磁物质中流过特定电流而改变磁畴壁的位置来读写数据，所以能实现具有简单结构的高度集成器件。因此，当使用磁畴壁移动原理时，与常规FRAM、MRAM和PRAM相比具有非常大存储容量的存储器的制造是可行的。将磁畴壁移动原理应用于如RAM的存储器的示例已经在韩国专利公开No.10-2006-0013476中被公开。

然而，使用磁畴壁移动的半导体器件的开发仍处于初始阶段，为了使它们能被实际使用，还存在一些尚待解决的问题。

为了确保磁畴壁移动的稳定性，人工切口通常被使用。图1是透视图，示出常规U形磁线100，其已被公开在美国专利No.6834005 B1中。图1中的附图标记10和15分别表示对应1位(bit)的磁畴和磁畴壁。图2是平面图，示出具有切口的常规磁线200，其已被公开在韩国专利公开No.10-2006-0013476中。附图标记20和25分别表示磁畴和磁畴壁。如图1和2所示，切口是形成在磁线100和200两侧的槽，对应于将形成磁畴壁的部分，且用来稳定地停止磁畴壁的移动。

然而，在具有几十纳米厚度和宽度的磁线上形成具有微小尺寸的切口实际上是非常困难的。此外，具有均匀间隙、尺寸和形状的微小切口的形成甚至更加困难。如果切口的间隙、尺寸和形状不均匀，器件的特性是非均匀的，因为停止磁畴壁移动的钉扎磁场的强度根据切口的间隙、尺寸和形状而变化。

因此，鉴于工艺成熟度(process readiness)和器件特性的均匀性，使用切口来稳定磁畴壁的移动是不合适的。因此，需要开发能稳定地以1位单元移动磁畴壁而不使用切口的技术。

发明内容

本发明提供一种在磁畴壁移动方面具有稳定性而无切口的半导体器件。