MTJ 소자를 이용한 비휘발성 LogicBlock의 합성과 발진소자로의 응용에 관한 연구

Abstract

Magnetologic based on magnetic-tunnel-junction (MTJ)elements has drawn significant attention as one of the promising applications of MTJ devices for the next generation logic technology because it can be used to build both logic circuits and nonvolatile memories. A nonvolatile logic module based on MTJ elements was presented in our previous work. It can be used as a basic logic cell for field-programmable gate array (FPGA). In this paper, we present synthesis of a nonvolatile logic block using MTJ logic modules in 0.13㎛ CMOS technology. Another Application of MTJ is radio frequency (RF) spin torque oscillator (STO). Spin-transfer torques which involve the transfer of spin-angular momentum between spin-polarized currents and magnetization in magnetic multilayers, lead to many interesting possibilities for controlling magnetization dynamics in nanoscale magneto devices. One important application concerns nano-scale RF STO, in which magnetization oscillations, driven by a DC spin-polarized current, are tunable with applied field and current. We analysed the characteristics of frequency based on existing study of RF STO and did frequency-modeling. in view of the fact that an ultimate purpose of the macro-model is for the effective design of Spin Torque Oscillator.;본 논문에서는 근래 자기논리 회로(Magneto-logic)로 활발히 연구되고 있는 MTJ Magnetic-Tunnel-Junction) 소자를 이용하여 기존에 구현된 Logic Module을 바탕으로 Logic Block을 합성하여 칩으로 구현하였다. 자체 저장 능력을 갖는 MTJ 소자를 이용하여 구현된 자기 논리회로는 전원이 꺼져도 정보가 그대로 유지되고, 불(Boolean) 연산 수행 시 단순히 입력 신호를 변화시키는 것만으로도 다양한 논리 연산자의 구현이 가능하여 제한된 물리적 구조 안에서 논리회로를 재구성할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한 불연산을 수행함과 동시에 연산 결과를 MTJ 자체적으로 저장할 수 있기 때문에 단순한 조합논리 회로의 동작뿐만 아니라 순차논리 회로의 기능까지 수행할 수 있어 논리소자로서 충분한 잠재력을 보인다. 기존의 CMOS기반의 디지털 논리 회로를 자기논리 회로로 대처하기 위하여 FPGA를 구현하기 위해 MTJ 소자로서 구현된 기본 logic module을 바탕으로 4bit micro-controller의 Source Operand Block을 합성하여 삼성 0.13㎛ 공정으로 칩을 구현하였다. MTJ의 응용범위의 확장에 대한 또 다른 분야인 발진소자로서의 연구도 활발히 진행 중이다. 전류와 자기장을 공급함에 따라 자화의 세차운동을 유발시켜 고주파 자기발진의 가능성을 가지고 있다. RF STO의 특성과 원리를 기존에 보고된 연구 결과를 바탕으로 분석하였고 이를 근거로 STO의 주파수 특성을 파악하고 회로 설계 시 활용될 수 있도록 주파수 모델링을 해보았다.