초록 ▼

○ 나노자성체에서의 스핀전달토크 현상을 이용한 스핀트로닉 RF 소자 개발

○ 자기터널접합, 360° 자구벽, 수직자화 구조를 이용한 고주파 스핀 RF 소자의 설계 및 제조기술을 확보

○ 새로운 물리현상인 Vortex 및 Skyrmion 구조, 스핀 홀 효과 및 스핀궤도토크, 열적 스핀 전류를 이용한 고주파 발진 기술을 연구하고, 스핀웨이브를 이용한 DMI 측정 기술을 개발

○ 단일소자에서 400 nW/GHz의 출력특성을 달성하였으며, 3개 이상의 복수의 소자에 대하여 injection locki

○ 나노자성체에서의 스핀전달토크 현상을 이용한 스핀트로닉 RF 소자 개발

○ 자기터널접합, 360° 자구벽, 수직자화 구조를 이용한 고주파 스핀 RF 소자의 설계 및 제조기술을 확보

○ 새로운 물리현상인 Vortex 및 Skyrmion 구조, 스핀 홀 효과 및 스핀궤도토크, 열적 스핀 전류를 이용한 고주파 발진 기술을 연구하고, 스핀웨이브를 이용한 DMI 측정 기술을 개발

○ 단일소자에서 400 nW/GHz의 출력특성을 달성하였으며, 3개 이상의 복수의 소자에 대하여 injection locking에 성공

○ 스핀 변복조 기법 창안 및 세계 최초 스핀 무선 통신 구현

○ 스핀 구동 기술로서 TR 어레이 기반의 스핀 발진기 기술 창안

○ 스핀 변조 기술로서 스핀 OOK 기법 창안

○ 저전력 CMOS 공정을 이용한 송신기 및 수신기를 구현하여 스핀 변조 CMOS 무선 통신 구현

○ 나노 라디오 개발에 필요한 스핀 발진기 및 스핀소자 측정 기술 개발 및 시스템 구축

○ 자구벽형 스핀 발진기 측정기술 개발 및 스핀 궤도결합 관련 분석기술 개발

(출처 : 요약서 4p)

Abstract ▼

Ⅳ. Achievements and contributions
1. Design and fabrication of high frequency spin RF devices
- We have designed the spintronic RF devices combining magnetic tunnel junctions and magnetic nanowires, and simulated their microwave properties.

- We have fabricated nano-sized magnetic tunne

Ⅳ. Achievements and contributions
1. Design and fabrication of high frequency spin RF devices
- We have designed the spintronic RF devices combining magnetic tunnel junctions and magnetic nanowires, and simulated their microwave properties.

- We have fabricated nano-sized magnetic tunnel junctions using thin film deposition, etching, insulation, and metalization.

2. Spin RF devices based on magnetic tunnel junctions and their synchronization
- We have observed microwave oscillation in magnetic tunnel junctions with an elliptical shape, and demonstrate a frequency fulling of two individual spin torque nano-oscillators with four times enhancement of microwave power.

3. Spin RF devices using 360° domain wall and their synchronization
- We have developed spin RF devices using 360° domain wall, and achieved a microwave output of 400 nW/GHz.

- We have achieved an injection locking of three spin RF devices using -10 dBm external signal.

4. Spin RF devices with perpendicular magnetic layers
- We have simulated the microwave response of spin RF devices with perpendicular magnetic layers, and studied precessional motion of the magnetization with cone state driven by perpendicular current.

- We have fabricated magnetic tunnel junctions with perpendicular magnetic layers, and studied the effect of insertion layer, temperature, dependence of magnetic anisotropy, and magnetic proximity effect.

5. Spin RF devices using magnetic Vortex and Skyrmion
- We have designed and fabricated spin RF devices using vortex structure.

- We have studied the spin dynamics of magnetic Skyrmion using X-ray microscopy.

6. Spin RF devices using spin Hall effect and spin-orbit torques
- We have measured the spin-orbit torques in magnetic nanostructures using ferromagnetic resonance and anomalous Hall effect.

- We have designed and fabricated spin RF devices using spin Hall effect and spin-orbit torques, and studied their synchronization.

7. Spin RF devices using thermal spin current
- We have studied the spin precession in magnetic layers driven by ultrafast demagnetization and spin-dependent Seebeck effect.

8. Measurement of DMI using spin wave
- We have measured the DMI in the magnetic systems with broken inversion symmetry using spin wave.

9. Spin communication/ Spin modulation-demodulation technology
- We have suggested modulation scheme based spin oscillator noise and SNR analysis and achieved the world’s first realization of 11.8Mbps spin OOK wireless communication system at 1 m distance

10. Spin actuation circuit
- We have invented and realized driving technology in TR array based spin oscillator which support the digital operation : 24 bit control, nA step analysis realization

11. Low-power, low-noise CMOS transmitter design for spin communication
- We have designed 180 nm CMOS single transmitter chip for spin communication and obtained the results of 40 dB gain, 4 dB noise figure

12. Low-power, low-noise CMOS receiver design for spin communication
- We have designed 180 nm CMOS single receiver chip for spin communication and obtained the results of 30 dB gain, 3 dB noise figure and demodulated circuit integration

13. Spin array based frequency modulating CMOS transmitter, receiver design
- We have designed 180 nm CMOS transmitter, receiver design for spin array communication, which is possibility of frequency modulation using low-power spin array device

14. Injection Locking study
- We have designed of injection locking elemental technology that can accept up to 60 GHz

- We haver obtained characteristics of injection locking of spin torque oscillator by employing computer simulation.

15. Synchronization of spin torque oscillators with various interaction through the simulation.
- We have simulated the synchronization of GMR pillar with self-emitted microwave current and phase shifter.

- We have calculated the synchronization of spin Hall oscillators with magnetodipolar coupling and obtained the output power which depends the phase difference between spin Hall oscillators.

- We have designed the spin toque oscillators directly integrated on a MOSFET and calculated the output voltage of amplifier.

- We have designed the time delayed self-feedback cicuit with spin torque oscillator and calculated output power of spin torque oscillators.

16. Investigation of angle dependence of spin torque through quantum mechanical spin transport theory.
- We have simulated the spin transport based on the non-equilibrium Green function in the magnetic tunnel junction and found the magnitud of spin torque with angle dependence.

- We have described the spin dynamics by employing the NEGF-LLGS.

- We have calculated the origin of spin transfer torque in metal/ferromagnet by using microscopic modeling

17. Development of micromagnetic simulation
- We developed the micromagnetic simulator.

18. Development of measurement techniques for magnetic tunneling junctions and domain wall spin torque oscillators.
- We have successfully installed the equipment for characterizing spin torque oscillators under the horizontal and vertical magnetic field environment.

- We have developed the measurement technology of magnetic tunnel junction and domain wall spin torque oscillators.

- We have designed the waveguide for measurement of microwave dependency characteristics of the devices.

(출처 : SUMMARY 14p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 4
• 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 13
• CONTENTS ... 20
• 목차 ... 23
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 26
• 제 1 절 연구의 필요성 ... 26
• 제 2 절 연구의 목표 및 내용 ... 28
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 30
• 제 1 절 국외 연구동향 ... 30
• 제 2 절 국내 연구동향 ... 43
• 제 3 장 연구수행 내용 및 결과 ... 48
• 제 1 절 고주파 스핀 RF 소자의 설계 및 제조기술 ... 48
• 제 2 절 자기터널접합 RF 소자 및 위상동조 기술 ... 67
• 제 3 절 360˚ 자구벽을 이용한 스핀 RF 소자 기술 ... 83
• 제 4 절 수직자화 구조를 이용한 스핀 RF 소자 기술 ... 122
• 제 5 절 Vortex 및 Skyrmion을 이용한 스핀 RF 소자기술 ... 150
• 제 6 절 스핀 홀 효과 및 스핀궤도토크를 이용한 스핀 RF 소자 기술 ... 166
• 제 7 절 열적 스핀 전류를 이용한 고주파 발진 기술 ... 197
• 제 8 절 스핀웨이브를 이용한 DMI 측정 기술 ... 207
• 제 9 절 스핀 통신 / 스핀 변복조 기술 결과 ... 213
• 제 10 절 스핀 NFC 무선 센서 ... 220
• 제 11 절 스핀 구동회로 ... 229
• 제 12 절 저 전력 스핀 통신 CMOS 송신기 설계 ... 235
• 제 13 절 저 전력 스핀 통신 CMOS 수신기 설계 ... 242
• 제 14 절 스핀어레이 통신 CMOS 송신기 및 수신기 설계 ... 246
• 제 15 절 Injection Locking 연구 ... 251
• 제 16 절 동영상 전송 실험 결과 ... 266
• 제 17 절 다중 대역 다중 모드 송신기, 수신기 연구 ... 269
• 제 18 절 저 전력 소모의 저 잡음 VCO 연구 ... 272
• 제 19 절 수치해석 방법을 통해 위상동조 구현 ... 274
• 제 20 절 스핀 발진소자의 스핀전달토크 크기 전산모사 ... 303
• 제 21 절 자기저항 측정 시스템 ... 323
• 제 22 절 스핀 공명 측정 장치 ... 326
• 제 23 절 온도 안정성 ... 329
• 제 24 절 자구벽형 스핀소자의 특성 ... 332
• 제 25 절 스핀 공명 측정 기술 1 ... 338
• 제 26 절 스핀 전달 토크-자기 터널 접합을 이용한 선형 필드 센서의 구현 ... 343
• 제 27 절 스위칭 상태도 ... 350
• 제 28 절 스위칭 상태도와 발진 특성 ... 355
• 제 29 절 스핀 공명 측정 기술 2 ... 366
• 제 30 절 스핀 궤도 결합 분석기술 ... 370
• 제 31 절 배열형 발진소자의 특성 측정 ... 377
• 제 32 절 스핀발진기를 이용한 복조기술 ... 389
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 394
• 제 1 절 연구개발목표의 달성도 ... 394
• 제 2 절 관련분야의 기여도 ... 415
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 418
• 제 1 절 스핀 RF 소자분야 ... 418
• 제 2 절 스핀 통신, 변복조 기술 분야 ... 424
• 제 3 절 스핀발진 소자 측정 기술 분야 ... 428
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 430
• 제 1 절 스핀 RF 소자 분야 ... 430
• 제 2 절 스핀 RF 소자를 이용한 변복조 ... 444
• 제 3 절 스핀 RF 소자 동기화 ... 449
• 제 4 절 새로운 스핀 현상을 이용한 스핀 RF 소자 ... 455
• 제 5 절 스핀 토크 기술을 응용한 특허 기술 등장 ... 456
• 제 6 절 스핀 RF 라디오 연구 전망 ... 458
• 제 7 장 참고문헌 ... 460
• 끝페이지 ... 483