本发明提供一种使用磁畴壁移动的半导体器件。该半导体器件包括具有多个磁畴的磁线,其中该磁线包括通过脉冲场和脉冲电流之一被移动的磁畴壁。该半导体器件的磁线不需要额外的切口,因为该磁线包括磁畴壁,其移动距离通过脉冲场或脉冲电流来控制。
1.一种半导体器件,包括具有多个磁畴的磁线,其中该磁线包括通过脉 冲场和脉冲电流之一被移动的磁畴壁且是无切口磁线。
2.如权利要求1所述的半导体器件,其中该脉冲场具有15至200Oe的 强度。
3.如权利要求1所述的半导体器件,其中该脉冲场具有与周期性振荡并 移动该磁畴壁的连续场的强度同样强的强度。
4.如权利要求3所述的半导体器件,其中该脉冲场具有与该磁畴壁振荡 周期的40至80%对应的“ON”时间。
5.如权利要求1所述的半导体器件,其中该脉冲电流具有1.5×10⁷至
2.0×10¹⁰A/cm的强度。
6.如权利要求1所述的半导体器件,其中该脉冲电流具有与周期性振荡 且移动该磁畴壁的连续电流的强度同样强的磁强度。
7.如权利要求6所述的半导体器件,其中该脉冲电流具有与该磁畴壁振 荡周期的40至80%对应的“ON”时间。
8.如权利要求1所述的半导体器件,其中该磁线具有5至100nm的宽 度。
9.如权利要求1所述的半导体器件,其中该磁线具有5至50nm的厚度。
10.如权利要求1所述的半导体器件,其中该磁线具有0.001至0.1的阻 尼常数。
11.如权利要求1所述的半导体器件,其中该磁线由选自包括Ni-Fe、 Co、Co-Ni、Co-Fe和Co-Fe-Ni的组的一种形成。 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(magneticxa0wire)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.6834005xa0B1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.6834005xa0B1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(processxa0readiness)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。 根据本发明的一方面,提供包括具有多个磁畴的磁线的半导体器件,其 中该磁线包括通过脉冲场和脉冲电流之一被移动的磁畴壁,且是无切口磁 线。 该脉冲场可具有与周期性振荡和移动磁畴壁的连续场的强度同样强的 强度,即15至200Oe。 该脉冲场可具有与磁畴壁振荡周期的40至80%对应的‘ON’时间。 该脉冲电流可具有与周期性振荡和移动磁畴壁的连续电流的强度相同 的强度,即1.5×10⁷到2.0×10¹⁰A/cm。 该脉冲电流可具有与磁畴壁振荡周期的40至80%对应的‘ON’时间。 该磁线可具有5至100nm的宽度。 该磁线可具有5至50nm的厚度。 该磁线可具有0.001至0.1的阻尼常数。 该磁线可由选自包括Ni-Fe、Co、Co-Ni、Co-Fe和Co-Fe-Ni的组的一 种形成。 附图说明 通过参照附图详细描述其示例性实施例,本发明的上述和其他特征和优 点将变得更加明显,附图中: 图1是透视图,示出根据现有技术的U形磁线; 图2是平面图,示出根据另一现有技术的磁线; 图3是磁化-时间(M-T)曲线图,示出具有相同阻尼常数的磁物质样品 根据磁场强度的磁化特性; 图4是M-T曲线图,示出具有彼此不同的阻尼常数的磁物质样品的磁 化特性; 图5A是M-T曲线图,示出当施加连续场时磁物质样品的磁化特性; 图5B是M-T曲线图,示出当施加脉冲场时磁物质样品的磁化特性;以 及 图6是平面图,示出根据本发明一实施例应用磁畴壁移动的半导体器 件。 具体实施方式 现在将参考附图更全面地描述根据本发明实施例的应用磁畴壁移动的 半导体器件。 将详细描述的本发明的一方面是,在包括具有多个磁畴的磁线的半导体 器件中,磁线不具有任何切口且包括能通过脉冲场和脉冲电流之一被移动的 磁畴壁。现在将描述通过使用脉冲场或脉冲电流使用无切口磁线的原理。 为了研究磁畴壁在磁场中的移动现象,进行了下面的实验。 通过施加彼此不同的磁场,检验了五个磁物质样品中磁畴壁的移动现 象,所述五个磁物质样品具有相同阻尼常数且每个具有在彼此不同方向上的 两个磁畴。结果示于图3中。图3是磁化-时间(M-T)曲线图,示出具有相 同阻尼常数的磁物质样品根据磁场强度的磁化特性。此时,每个磁物质样品 是条型,且沿条的纵向包括沿彼此相反方向取向的两个磁畴,样品的阻尼常 数α是0.01。施加到样品的磁场是连续场,并且沿条的纵向方向之一以5、 10、15、20和40奥斯特(Oe)的强度施加。这里,阻尼常数α是关于施加 到磁物质的能量的分布程度(degreexa0ofxa0distribution)的常数,且表示为下面 给出的Landau-Lifshitz-Gilbert方程(方程1)中的α。 [方程1] $\frac{\mathrm{dM}}{\mathrm{dt}}=-\left|\mathrm{\γ}\right|(M\×H_{\mathrm{eff}})+\frac{\mathrm{\α}}{M_s}(M\×\frac{\mathrm{dM}}{\mathrm{dt}})$在方程1中,M表示磁化,其是每单位体积的磁矩,γ表示旋磁比, H_eff表示施加到样品的有效场,M_s表示饱和磁化。 参考图3,当施加磁场约从5Oe到15Oe时,每单位体积的磁矩值(磁 化:M)趋向沿直线从0.5附近下降到-1.0。然而,当施加场增大到20Oe或 更大时,每单位体积的磁矩值M趋向振荡减小。特别地,当施加场增加到 约40Oe时,M-T曲线趋向几乎规则地振荡。 此外,通过施加相同强度的磁场检验了具有彼此不同的阻尼常数的两个 磁物质样品的磁畴壁移动现象。结果示于图4。图4是M-T曲线,示出具有 彼此不同的阻尼常数的磁物质样品的磁化特性。此时,两磁物质样品的每个 是条型,沿该条的纵向包括沿彼此相反方向磁化的两个磁畴,且分别具有 0.015和0.03的阻尼常数α。施加到磁物质样品的磁场是连续磁场,并以40Oe 的强度沿条的纵向方向之一施加到样品上。 参考图4,在具有0.03的阻尼常数α的样品中,每单位体积的磁矩值M 趋向沿直线从约0.5减小到-1.0,但是在具有0.015的阻尼常数α的另一样品 中,每单位体积的磁矩值M在相同的40Oe的条件下规则振荡地减小。 即,从图3和图4可确定,根据施加磁场的强度和阻尼常数α的大小, M-T曲线趋向于周期性振荡。M-T曲线的周期性振荡表明磁畴壁在特定条件 下周期性振荡地移动。 参考图3的放大图,磁畴壁的周期性振荡是其中每单位体积的磁矩值M 减小的第一阶段、其中每单位体积的磁矩值M保持某一水平的第二阶段、 以及其中每单位体积的磁矩值M增大的第三阶段的重复。第一阶段是其中 磁畴壁沿磁场方向移动的阶段,第二阶段是磁畴壁不移动的阶段,第三阶段 是磁畴壁沿与磁场相反方向移动的阶段。 附图标记P表示用于重复一轮该三个阶段的磁畴壁振荡周期,磁畴壁振 荡周期P可根据所施加磁场、阻尼常数α、以及用于形成磁线的物质而改变。 例如,具有0.01的阻尼常数α的Ni_xFe_y的磁畴壁振荡周期P可根据方程2 确定。 [方程2] P=10.3-(0.2×m) 这里,P的单位是ns,m表示所施加磁场的强度,单位是奥斯特。 相应地,磁线的磁畴壁能够通过在特定条件下重复上述第一至第三阶段 而移动。 在本发明一实施例中,磁畴壁的振荡移动现象被用于确保磁畴壁移动的 稳定性。更具体地,在本发明中,通过施加脉冲场(或脉冲电流),磁畴壁 被允许稳定地停止移动,脉冲场(或脉冲电流)的关断状态在磁畴壁停止移 动的第二阶段中。 图5A和5B是M-T曲线图,分别示出当施加连续场和脉冲场时磁物质 样品的磁化特性。此实验中使用的磁物质样品是与用于图1的实验相同的磁 物质样品。连续场和脉冲场的强度是20Oe。脉冲场的关断状态为约6ns,其 对应于所述第二阶段。 参考图5B,当施加脉冲场时,确认每单位体积的磁矩值M在第二阶段 之后保持恒定。这表示通过脉冲场的施加,磁畴壁能够在第二阶段稳定地停 止移动。此时,通过脉冲场的施加,磁畴壁的移动距离对应于1位的长度。 同时,参考图5A,当与现有技术中那样类似地施加连续场时,第三阶段被 执行。 因此,当使用本实施例的原理时,磁畴壁能被稳定地停止而不需人为地 形成切口。因此,如果应用本实施例的原理,则可以制造具有高可靠性的应 用磁畴壁移动的半导体器件,而没有形成切口的困难。 图6是平面图,示出根据本发明一实施例的应用磁畴壁移动的半导体器 件。 参考图6,应用磁畴壁移动的半导体器件包括具有多个磁畴30的磁线 300。这里,磁线300是无切口线,磁畴壁35通过连续场和脉冲场之一被移 动。 脉冲场的强度可以与能够周期性振荡并移动磁畴壁的连续场的强度一 样强,即脉冲场的强度可以是15-200Oe。脉冲场具有与磁畴壁振荡周期的 40至80%对应的‘ON’时间。即在图5中,脉冲场的‘ON’时间可以是4 至8ns。 如果磁畴壁通过脉冲电流被移动,则脉冲电流的强度同振荡磁畴壁的连 续电流的强度一样强,即脉冲电流的强度可以是1.5×10⁷到2.0×10¹⁰A/cm。 这个值对应于脉冲场的强度。脉冲电流也具有与磁畴壁振荡周期的40至80% 对应的‘ON’时间,类似于脉冲场。 磁线可以由选自包括Ni-Fe、Co、Co-Ni、Co-Fe和Co-Fe-Ni的组的一 种形成。磁线的宽度W、厚度和阻尼常数可以分别为5至100nm、5至50nm 和0.001至0.1。 这样,可以制造包括磁线的半导体器件,该磁线中通过利用脉冲场和脉 冲电流移动磁畴壁而确保了磁畴壁移动的可靠性且没有切口。 如上所述,根据本发明,通过使用具有与磁畴壁振荡周期的40至80% 对应的‘ON’时间的脉冲场(或脉冲电流)移动磁畴壁,可以将磁线的磁 畴壁精确移动1位单元而无需切口。 因此,根据本发明,可以实现具有高可靠性的磁畴壁移动半导体器件且 制造期间没有形成切口的困难,且没有减小器件特性均匀性的问题。 特别地,考虑到切口的形成实际上是困难的且确保均匀性也是困难的, 本发明在应用磁畴壁移动的半导体器件的大规模生产和确保其可重复性方 面提供极大优点。 虽然已经参照其实施例特别显示和描述了本发明,但是本领域技术人员 将理解,在不偏离所附权利要求定义的本发明的思想和范围的情况下可进行 形式和细节上的各种改变。该半导体器件可以是诸如还包括读/写头的HDD 的存储器件、诸如还包括读/写电极的RAM的存储器、或者逻辑器件,在一 些情况下,增加到该存储器件、该存储器和该逻辑器件的组元可以与这里描 述的那些不同。因此,本发明的范围不是通过本发明的详细描述来定义,而 是由所附权利要求定义。