Abstract
Magnetic Tunneling Junction (MTJ) has been used as a nonvolatile universal storage element mainly in memory technology. However, according to several recent studies, magneto-logic using MTJ elements show much potential in substitution for the transistor-based logic device. Magneto-logic based on MTJ can maintain the data during the power-off mode, since an MTJ element can store the result data in itself. Moreover, just by changing input signals, the full logic functions can be realized. Because of its programmability, it can embody the reconfigurable magneto-logic circuit in the rigid physical architecture. In this paper, we propose a novel 3-bit arbitrary magneto-logic circuit beyond the simple combinational logic or the short sequential one. We design the 3-bit magneto-logic which has the most complexity using MTJ elements and verify its functionality. The simulation results are presented with the HSPICE macro-model of MTJ that we have developed in our previous work. This novel magneto-logic based on MTJ can realize the most complex logic function. What is more, 3-bit arbitrary logic operations can be implemented by changing gate signals of the current drivel circuit.
Magnetic Tunnel Junction (MTJ)는 비휘발성 소자로서 그간 기억소자분야에 국한되어왔으나, 최근 다양한 연구들에 의하여 자기논리 (magneto-logic) 회로에 사용되면서 기존 트랜지스터 기반의 논리연산자를 대체할 수 있는 가능성을 보이고 있으며, 논리회로까지 확장 적용되어 스핀전자공학 분야의 새로운 장을 열 것으로 기대되어지고 있다. 자체 저장 능력을 갖는 MTJ 소자로 구현된 자기논리 회로는 전원이 꺼져도 정보가 그대로 유지되고, 또한, 불 (Boolean) 연산 수행 시 단순한 입력변화만으로 다양한 논리 연산자 구현이 가능한 구조적인 유연성을 보이므로, 물리적으로 완성된 회로 내에서 얼마든지 재구성이 가능한 자기논리 회로를 구현할 수 있다. 본 논문에서는 단순한 조합논리나 순차논리 회로의 동작을 넘어서, 임의의 3비트 논리회로 동작을 모두 수행할 수 있는 자기논리 회로를 제안한다. 이를 위해 3비트 논리회로 중에서 최대의 복잡성을 갖는 논리회로를 MTJ 소자를 사용하여 설계하였고, 그 동작을 이전 논문에서 제안된 바 있는 macro-model을 보완 적용하여 검증하였다. 제안된 회로는 3비트로 구현할 수 있는 가장 복잡한 논리회로의 동작을 수행할 뿐만 아니라, 전류구동회로의 게이트 신호들을 변화시킴으로써 임의의 3비트 논리 회로의 동작을 모두 수행하는 것이 가능하다.
