초록

나노스핀 초고주파 발진 소자 기술 개발
- 초고주파 대역 스핀 토크 나노발진소자 설계 기술
- 스핀토크 나노발진소자를 위한 자기터널접합 제조기술
- 스핀토크 나노발진소자용 단위소자 제조 기술 (100 nm 이하 급)
- 스핀토크 나노발진소자 초고주파 (2~28.5 GHz급) 특성 평가 기술
- 스핀에 의한 초고주파 발진 특성을 연구함으로써 스핀토크 현상의 근본 원리를 규명하고, 이 결과를 초고주파 발진 소자，STT-MRAM 등 관련 NT 및 IT 분야에 활용.

(출처 : 보고서 요약서 4p)

Abstract ▼

Ⅱ. Aims of the project
The rapid evolution of the wireless communication industry requires the innovation of mobil wireless devices. The voltage controlled oscillator (VCO) is one of the most important parts in the wireless communication systems. If it is possible to develop wide-band oscillators

Ⅱ. Aims of the project
The rapid evolution of the wireless communication industry requires the innovation of mobil wireless devices. The voltage controlled oscillator (VCO) is one of the most important parts in the wireless communication systems. If it is possible to develop wide-band oscillators with small dimensions which can be integrated with CMOS circuits, this will overcome the limitation of current RF technology and have an tremendous impact on the next generation RF technology. The spin torque nano oscillator (STNO) can generate microwave signal in a GHz band using spin precession caused by spin-polarized electrical currents. The oscillation frequency can be manipulated by the current and external magnetic field in wide band ranges. This project aims the development of STNO operating in microwave frequency range, which can be integrated with CMOS circuits.

Ⅲ. The scope of the project activities
The scope of the nano- spin - transfer microwave oscillator project can be summarized as follows:
1. Design of the spin torque nano oscillators
2. Fabrication of magnetic tunnel junctions for the spin torque nano oscillators
3. Process development and the fabrication of the spin torque nano oscillators (<100 run)
4 Characterization of the microwave properties of the spin torque nano oscillators (2~28.5 GHz)

IV. Achievements and contributions
1. We have developed the fabrication process for the spin torque nano oscillators based on magnetic tunnel junctions. The magnetic tunnel junctions shows a tunnel magnetoresistance (TMR) of higher than 100 % with a resistance-area (RA) product of smaller than 5 Ω㎛² and a TMR of higher than 50 % with a RA product of smaller than 2Ω㎛².

2. We have designed the structure of spin torque nano oscillators and a microwave guide, and characterized their microwave properties using test equipment.

3. We have fabricated three different types of spin torque nano oscillators. The first type oscillators having a free layer of elliptical shape generate a microwave voltage spectral density of 10 nV/Hz^1/2, and a frequency variation of 0.23 GHz/mA. The second type oscillators using a stray field from the pinned layer generate microwave oscillations even without external magnetic field. The third type oscillators based on nano-strip geometry generate a microwave voltage spectral density of 75 nV/Hz^1/2, and FWHM of 26 MHz. The maximum peak of 145 nV/Hz^1/2 has been obtained with applying a small magnetic field.

V. Applications and operation plan
The spin torque nano oscillators open new possibilities to realize the RF systems based on a fundamentally innovative architecture. The spin torque nano oscillators, which can be integrated with CMOS circuits, have a great potential to meet the explosive necessity of the wireless systems. The RF system based on the spin torque nano oscillators can be applied to all kinds of mobile telecommunication. Especially, this technology can be applied to the mobile devices such as smart had sets and tablet computers, and ubiquitous sensor network.

(출처 : SUMMARY 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 4
• 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 14
• 제1장 연구과제의 개요 ... 16
• 제1절 연구의 필요성 ... 16
• 제2절 연구의 목표 및 내용 ... 17
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 18
• 제1절 스핀 발진소자의 원리 ... 18
• 제2절 스핀 발진소자 기술의 국외 연구동향 ... 18
• 제3절 스핀 발진소자 기술의 국내 연구동향 ... 23
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 26
• 제1절 나노자기터널접합 소자의 제작 ... 26
• 1. 스핀토크 나노 발진소자의 기본 구조 ... 26
• 2. 스핀토크 나노 발진소자용 자기터널접합 박막의 구조 ... 27
• 3. 나노자기터널접합 소자의 제작 ... 31
• 4. 초고주파 측정용 도파로의 제작 ... 35
• 제2절 초고주파 발진특성 평가장치의 구성 ... 38
• 1. 초고주파 소자용 도파로 모델링 ... 38
• 2. 초고주파 발진특성 평가장치 구성 ... 39
• 3. MTJ의 스위칭 특성 평가방법 및 프로그래밍 ... 41
• 제3절 나노자기터널접합의 전류구동특성 ... 43
• 1. 자기터널접합의 전류구동 자화반전 특성 ... 43
• 2. 스위칭 상태도의 개요 ... 45
• 3. 초고주파 발진소자의 특성 분석 : 전류인가 자화반전 특성 ... 46
• 4. 초고주파 발진소자의 상태도 분석 : 최적 발진 조건 탐색 ... 48
• 제4절 스핀토크 나노발진소자의 초고주파 특성 ... 51
• 1. 스핀토크 발진소자의 주파수 가변특성 구현 ... 51
• 제5절 외부 자기장 없이 동작하는 스핀토크 나노 발진소자 ... 56
• 제6절 나노선 형태의 스핀 발전소자 ... 62
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 72
• 제1절 연구개발목표의 달성도 ... 72
• 1. 최종목표 달성도 ... 72
• 2. 평가의 착안점에 따른 목표달성도에 대한 자체평가 ... 73
• 제2절 관련분야의 기여도 ... 75
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 76
• 제6장 주요 해외과학기술 정보 ... 80
• 제1절 스핀발전기 주요 소자 ... 80
• 제2절 주요연구결과 ... 81
• 제7장 참고문헌 ... 92
• 부록 ... 98
• 연구결과 공개제한 요청사유서 ... 112
• 끝페이지 ... 112