JP2000082283A - Magnetic storage device and addressing method - Google Patents
Magnetic storage device and addressing methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁性体の配列を記憶担体として有する磁気記
憶装置において、微細化に伴うクロストークの発生や保
磁力の低下といった、磁界利用書き込みに伴う問題を解
消しつつ、集積回路素子には不可欠のアドレッシング機
能を実現できるようにする。
【解決手段】 二つの磁性層に結合制御層が挟まれた構
造を用い、結合制御層を介して二つの磁性層間に働く交
換相互作用を、書き込み又は読み出しの対象として選ば
れた任意の記憶担体を指定して目的の動作を達成する手
段として利用する。すなわち、任意の記憶担体を選択し
て書き込み又は読み出しを行う際に、上記結合制御層に
電気的刺激や光刺激などの刺激を与えることにより生じ
る、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic storage device having an array of magnetic materials as a storage carrier, while solving problems associated with writing using a magnetic field, such as generation of crosstalk and reduction of coercive force due to miniaturization, while integrating. An addressing function indispensable for a circuit element is realized. SOLUTION: An arbitrary storage carrier which has a structure in which a coupling control layer is sandwiched between two magnetic layers, and exchange exchange acting between two magnetic layers via the coupling control layer is selected as a target of writing or reading. And use it as a means to achieve the desired operation. That is, when writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, a change in the exchange interaction between the two magnetic layers caused by applying a stimulus such as an electrical stimulus or a photostimulus to the coupling control layer is used. I do.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の分離され
た磁性体の配列を記憶担体として有する磁気記憶装置、
並びにそのような磁気記憶装置におけるアドレッシング
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic storage device having an array of a plurality of separated magnetic materials as a storage carrier,
And an addressing method for such a magnetic storage device.
【0002】[0002]
【従来の技術】磁性体を利用した素子は、半導体デバイ
スに比較して、二つの点で魅力を持っている。第1に、
素子の要素として導電性を有する金属を利用できるの
で、高いキャリア密度及び低い抵抗値を実現できるとい
う点である。そのため、磁性体を利用した素子は、微細
化及び高集積化に適すると期待される。第2に、磁性体
がもつ磁化方向の双安定性を不揮発性メモリに利用でき
る可能性があるという点である。すなわち、磁性体がも
つ磁化方向の双安定性を利用すれば、回路の電源を切っ
ても記憶した情報が失われない固体不揮発性メモリを実
現できるものと期待される。2. Description of the Related Art An element utilizing a magnetic material is attractive in two points as compared with a semiconductor device. First,
Since a conductive metal can be used as an element of the element, a high carrier density and a low resistance value can be realized. Therefore, an element using a magnetic material is expected to be suitable for miniaturization and high integration. Second, there is a possibility that the bistability of the magnetization direction of the magnetic material can be used for a nonvolatile memory. That is, if the bistability of the magnetization direction of the magnetic material is used, it is expected that a solid-state nonvolatile memory in which stored information is not lost even if the power of the circuit is turned off.
【0003】なお、回路の電源を切っても記憶した情報
が失われない固体不揮発性メモリは、究極の省電力メモ
リとして、様々な分野で実用化が期待されている。具体
的には例えば、固体不揮発性メモリは、非活動時に電力
消費がないので、携帯電子情報機器等におけるバッテリ
ーの容量及び重量を減らすキーテクノロジーとして期待
されている。また、固体不揮発性メモリは、衛星メディ
アビジネスの立上がりを背景に、太陽電池が使用不可と
なる地球の影の中での衛星の活動を支えるものとしても
需要が高い。A solid-state non-volatile memory in which stored information is not lost even when the power of a circuit is turned off is expected to be put to practical use in various fields as an ultimate power-saving memory. Specifically, for example, a solid-state nonvolatile memory consumes no power when inactive, and is therefore expected as a key technology for reducing the capacity and weight of a battery in a portable electronic information device or the like. Also, with the rise of the satellite media business, the demand for solid-state nonvolatile memories is high as that for supporting activities of satellites in the shadow of the earth where solar cells cannot be used.
【0004】そして、磁性体を利用した素子には、
(1)不揮発性を有すること、(2)繰り返しによる劣
化がないこと、(3)高速書き込みが可能であること、
(4)小型化及び高密度化に適していること、(5)放
射線耐性に優れていること、などの利点がある。以下、
これらの利点について説明する。[0004] Elements using a magnetic material include:
(1) non-volatility, (2) no degradation due to repetition, (3) high-speed writing is possible,
There are advantages such as (4) suitable for miniaturization and high density, and (5) excellent radiation resistance. Less than,
These advantages will be described.
【0005】(1)不揮発性を有する 磁気テープや磁気ディスク等の磁気記録媒体がそうであ
るように、磁性体自体がもつ磁化方向の双安定性(bist
ability)のおかげで、磁化方向として書き込まれた情
報は、駆動力がなくなってもそのまま保たれる。(1) As in the case of a magnetic recording medium such as a magnetic tape or a magnetic disk having non-volatility, the magnetic material itself has a bistability (bist
information), the information written as the magnetization direction is maintained even when the driving force is lost.
【0006】(2)繰り返しによる劣化がない 磁性体と同様に双安定性を示す強誘電体を用いたメモリ
(F−RAM:Ferroelectric Random Access Memory)
も、固体不揮発性メモリの候補として提案されている。
F−RAMでは、自発誘電分極を反転させることによ
り、メモリ状態を書き換えることとなる。しかし、メモ
リ状態の書き換えに対応する自発誘電分極の反転には、
結晶格子中でのイオン移動を伴うので、書き換えを百万
回以上にわたって繰り返すと、結晶欠陥が発達してしま
う。そのため、F−RAMでは、材料の疲労により超え
られない素子寿命が問題となっている。一方、磁性体の
磁化反転は、イオン移動などを伴わないので、磁性体を
利用した素子では、材料の疲労に制限されることなく、
ほぼ無限に書き換えを繰り返すことができる。(2) No Deterioration Due to Repetition A ferroelectric memory (F-RAM: Ferroelectric Random Access Memory) using a ferroelectric material exhibiting bistability like a magnetic material
Have also been proposed as candidates for solid-state nonvolatile memories.
In the F-RAM, the memory state is rewritten by reversing the spontaneous dielectric polarization. However, the inversion of spontaneous dielectric polarization corresponding to the rewriting of the memory state
Since ion migration in the crystal lattice is involved, if rewriting is repeated over a million times, crystal defects develop. For this reason, in the F-RAM, there is a problem that the element life cannot be exceeded due to the fatigue of the material. On the other hand, since the magnetization reversal of the magnetic material does not involve ion movement or the like, the element using the magnetic material is not limited to the fatigue of the material,
Rewriting can be repeated almost infinitely.
【0007】(3)高速書き込みが可能 磁性体の磁化反転の速さは、1ns程度以下と非常に速
い。したがって、この速いスイッチング速度を活かすこ
とで、高速書き込みが可能となる。(3) High-speed writing is possible The speed of magnetization reversal of the magnetic material is very fast, about 1 ns or less. Therefore, high-speed writing can be performed by utilizing the high switching speed.
【0008】(4)小型化及び高密度化に適している 磁性合金は、組成や組織を選択することで、磁気特性を
様々に変化させることができる。したがって、磁性体を
利用した素子では、設計の自由度が極めて高くなる。そ
して、磁性体を利用した素子では、例えば、導電性を有
する磁性合金を利用することも可能である。導電性を有
する磁性合金を利用した場合は、半導体を用いた場合に
比べて、素子中の電流密度を高くとれるので、半導体素
子よりも更に小型化及び高密度化を進めることが可能と
なる。なお、このような特徴を利用した素子として、例
えば、日本応用磁気学会誌Vol.19,684(1995)に記載され
ているように、スピントランジスタが提案されている。(4) Magnetic alloys suitable for miniaturization and high density The magnetic properties of the magnetic alloy can be variously changed by selecting the composition and the structure. Therefore, in the element using the magnetic material, the degree of freedom in design is extremely high. In an element using a magnetic material, for example, a magnetic alloy having conductivity can be used. When a magnetic alloy having conductivity is used, the current density in the device can be increased as compared with the case where a semiconductor is used, so that it is possible to further reduce the size and density of the semiconductor device. As an element utilizing such characteristics, for example, a spin transistor has been proposed as described in the Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, Vol. 19, 684 (1995).
【0009】(5)放射線耐性に優れている D−RAM(Dynamic Random Access Memory)のように
電気容量への充電によってメモリ状態をつくっている素
子は、電離放射線が素子中を通過すると放電が生じ、メ
モリ情報を失ってしまう。これに対して、磁性体の磁化
方向は、電離放射線によって乱されるようなことがない
ので、磁性体を利用した素子は、放射線耐性に優れてい
る。したがって、磁性体を利用した素子は、通信衛星な
どのように、高い放射線耐性が要求される用途において
特に有用である。実際に、磁性体を利用したメモリの一
つである磁気バブルメモリは、通信衛星に搭載されるメ
モリとして既に使用されており多くの実績がある。(5) Excellent radiation resistance In an element, such as a D-RAM (Dynamic Random Access Memory), in which a memory state is created by charging an electric capacity, discharge occurs when ionizing radiation passes through the element. , The memory information is lost. On the other hand, since the magnetization direction of the magnetic body is not disturbed by ionizing radiation, the element using the magnetic body has excellent radiation resistance. Therefore, an element using a magnetic material is particularly useful in applications requiring high radiation resistance, such as a communication satellite. Actually, a magnetic bubble memory, which is one of the memories using a magnetic material, has already been used as a memory mounted on a communication satellite and has many achievements.
【0010】以上のように、磁性体を利用した素子には
様々な利点があり、これらの利点を活用したデバイスと
して、固体磁気メモリが考案されている。固体磁気メモ
リは、磁性体の配列を記憶担体として用いた磁気記憶装
置であって、磁気テープや磁気ディスクなどとは異な
り、記憶担体の移動を伴うことなく記憶動作を行う。そ
して、従来の固体磁気メモリでは、磁性体の特性を利用
して、単純なアドレッシング方法を採用している。以
下、従来の固体磁気メモリにおけるアドレッシング方法
について説明する。[0010] As described above, the element using the magnetic material has various advantages, and a solid-state magnetic memory has been devised as a device utilizing these advantages. A solid-state magnetic memory is a magnetic storage device using an array of magnetic materials as a storage carrier, and performs a storage operation without moving the storage carrier, unlike a magnetic tape or a magnetic disk. In a conventional solid-state magnetic memory, a simple addressing method is adopted by utilizing the characteristics of a magnetic material. Hereinafter, an addressing method in a conventional solid-state magnetic memory will be described.
【0011】固体磁気メモリにおいて、通常、記憶担体
には一軸磁気異方性をもつ磁性薄膜が用いられるが、当
該磁性薄膜に磁化反転を生じさせるのに必要な磁界の大
きさは、磁界の印加方向に依存する。すなわち、磁化容
易軸の方向に平行に磁界を印加する場合よりも、磁化容
易軸から45゜程度の角度をなす方向に磁界を印加した
場合に、より小さな磁界強度で磁化反転を生じさせるこ
とができる。そして、従来の固体磁気メモリでは、この
ような性質を記録ビットのアドレッシングに利用するこ
とで、非常に単純なアドレス方式の採用を可能としてい
る。In a solid-state magnetic memory, a magnetic thin film having uniaxial magnetic anisotropy is usually used as a storage carrier. The magnitude of a magnetic field required to cause the magnetization reversal of the magnetic thin film depends on the application of the magnetic field. Depends on direction. That is, when a magnetic field is applied in a direction at an angle of about 45 ° from the easy axis of magnetization, magnetization reversal can be generated with a smaller magnetic field intensity than when a magnetic field is applied in parallel to the direction of the easy axis of magnetization. it can. In a conventional solid-state magnetic memory, by utilizing such properties for addressing recording bits, it is possible to employ a very simple addressing method.
【0012】すなわち、従来の固体磁気メモリにおいて
は、図23に示すように、ワード線W1,W2,W3,
・・・と、ビット線B1,B2,B3,・・・とが、互
いに直交するように配置され、それらの交差部分に記憶
担体A−1,A−2,・・・,B−1,B−2,・・
・,C−1,C−2,・・・がそれぞれ配置される。こ
のように、従来の固体磁気メモリでは、記憶担体がx,
yマトリクス配列とされ、メモリチップが構成される。
なお、記憶担体の磁化容易軸はワード線の方向に合わせ
ておく。That is, in the conventional solid-state magnetic memory, as shown in FIG. 23, word lines W1, W2, W3,
, And bit lines B1, B2, B3,... Are arranged so as to be orthogonal to each other, and storage carriers A-1, A-2,. B-2, ...
., C-1, C-2,... Thus, in the conventional solid-state magnetic memory, the storage carrier is x,
The memory chips are configured in a y matrix arrangement.
Note that the axis of easy magnetization of the storage carrier is aligned with the direction of the word line.
【0013】そして、例えば、一本のワード線W2と一
本のビット線B1とを選び両方に同時に適切な電流を供
給すると、これら2本の線の交点にある記憶担体B−1
のみに磁化反転が生じる。このとき、電流が供給される
ワード線W2及びビット線B1は、いずれもそれらに沿
って配置された複数の記憶担体に対して磁界を印加する
こととなるが、ワード線W2とビット線B1のいずれか
一方からの磁界だけでは磁化反転を生じさせるには不足
である。そして、ワード線W2からの磁界HWとビット
線B1からの磁界HBとが合成されて、記憶担体に印加
される磁界が磁化容易軸から45゜方向の磁界となる場
合にのみ(すなわち、図23の例では記憶担体B−1に
のみ)、磁化反転が起こる。すなわち、従来の固体磁気
メモリでは、記憶担体に印加される磁界が磁化容易軸か
ら45゜方向の磁界となる場合にのみ、記憶担体に磁化
反転が起こることを、特定の記憶担体の選択に用いてい
るわけである。For example, when one word line W2 and one bit line B1 are selected and an appropriate current is supplied to both at the same time, the storage carrier B-1 at the intersection of these two lines is selected.
Only the magnetization reversal occurs. At this time, both the word line W2 and the bit line B1 to which the current is supplied apply a magnetic field to a plurality of storage carriers arranged along the word line W2 and the bit line B1. The magnetic field from either one alone is not enough to cause magnetization reversal. Then, only when the magnetic field H W from the word line W2 and the magnetic field H B from the bit line B1 are combined and the magnetic field applied to the storage carrier becomes a magnetic field in a 45 ° direction from the axis of easy magnetization (ie, In the example of FIG. 23, only the storage carrier B-1) causes magnetization reversal. That is, in the conventional solid-state magnetic memory, the fact that the magnetization reversal occurs in the storage carrier only when the magnetic field applied to the storage carrier is a magnetic field in the direction of 45 ° from the axis of easy magnetization is used for selecting a specific storage carrier. That is.
【0014】以上のように、従来の固体磁気メモリで
は、交差する導線群という非常に単純な道具立てだけに
よって、特定の記憶担体を選択して磁化反転を生じさせ
ることが可能となっており、非常に単純なアドレス方式
の採用が可能となっている。As described above, in the conventional solid-state magnetic memory, it is possible to select a specific storage carrier and cause magnetization reversal only by a very simple tool of intersecting conductive wires. In addition, a simple address system can be adopted.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体磁気メモリには、微細化に伴いクロストークが生じ
るという問題があった。すなわち、従来の固体磁気メモ
リにおいて、メモリへの書き込みは磁界印加によってい
るが、磁界は遠距離力なので、記憶担体が高密度に集積
された場合には、選択された記憶担体に隣接する領域に
も無視できない影響が及んでしまい、クロストークが生
じる。これを防ぐために、例えば Z.G.Wang,et al.,IEE
E Trans Magn.,Mag33,4498(1997) において、磁界遮蔽
構造をもつメモリセルの設計例も報告されているが、構
造が複雑になるという欠点がある。However, the conventional solid-state magnetic memory has a problem that crosstalk occurs with miniaturization. That is, in the conventional solid-state magnetic memory, writing to the memory is performed by applying a magnetic field, but the magnetic field is a long-distance force. Has a non-negligible effect, and crosstalk occurs. To prevent this, for example, ZGWang, et al., IEE
E Trans Magn., Mag33, 4498 (1997) also reports a design example of a memory cell having a magnetic field shielding structure, but has a drawback that the structure becomes complicated.
【0016】また、従来の固体磁気メモリには、微細化
に伴い保磁力が低下するという問題もあった。従来の固
体磁気メモリにおいて、書き込み磁界の発生は電流によ
っているが、導線の運びうる電流密度には、材料で決ま
る限界がある。したがって、デザインルールが微細化
し、導線径が細くなるに従って、利用できる電流の上限
値は減少する。そのため、利用できる最大磁界は、概ね
デザインルールに比例して減少することになる。一方、
記憶担体の保磁力は、外部から印加される磁界で磁化反
転が達成されるように設計されなくてはならない。その
ため、微細化に伴い記憶担体に印加できる磁界が小さく
なると、それに伴い、記憶担体の保磁力を小さくする必
要がある。すなわち、従来の固体磁気メモリでは、微細
化に伴い、記憶担体の保磁力を小さくする必要がある。
しかしながら、記憶担体の保磁力があまりに小さくなる
と、信頼性が低下してしまう。このことは、特に周囲か
ら外乱磁場を受ける環境で使用されることが多い携帯電
子機器用メモリとしては、大きな問題である。Further, the conventional solid-state magnetic memory also has a problem that the coercive force decreases with miniaturization. In a conventional solid-state magnetic memory, the generation of a write magnetic field depends on the current, but there is a limit determined by the material on the current density that can be carried by the conductor. Therefore, as the design rule becomes finer and the diameter of the conductive wire becomes smaller, the upper limit of the available current decreases. Therefore, the maximum magnetic field that can be used generally decreases in proportion to the design rule. on the other hand,
The coercive force of the storage carrier must be designed such that a magnetization reversal is achieved with an externally applied magnetic field. For this reason, when the magnetic field that can be applied to the storage carrier decreases with miniaturization, the coercive force of the storage carrier needs to be reduced accordingly. That is, in the conventional solid-state magnetic memory, it is necessary to reduce the coercive force of the storage carrier with miniaturization.
However, if the coercive force of the storage carrier is too small, the reliability is reduced. This is a serious problem especially for a memory for a portable electronic device which is often used in an environment where a disturbance magnetic field is applied from the surroundings.
【0017】そして、これらの問題はいずれも、従来の
固体磁気メモリでは書き込みのために記憶担体に磁界を
印加していることに起因している。そのため、これらの
問題を解消するためには、書き込み又は読み出しの対象
として選ばれた任意の記憶担体を指定して目的の動作を
達成するアドレッシングの方法から考え直さなければな
らない。Each of these problems is caused by applying a magnetic field to a storage carrier for writing in a conventional solid-state magnetic memory. Therefore, in order to solve these problems, it is necessary to reconsider an addressing method for achieving an intended operation by designating an arbitrary storage medium selected as a target of writing or reading.
【0018】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、磁性体の配列を記憶担体とし
て有する磁気記憶装置において、微細化に伴うクロスト
ークの発生や保磁力の低下といった、磁界利用書き込み
に伴う問題を解消しつつ、集積回路素子には不可欠のア
ドレッシング機能を実現できるようにすることを目的と
している。The present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances. In a magnetic storage device having an array of magnetic materials as a storage carrier, generation of crosstalk and coercive force due to miniaturization are considered. It is an object of the present invention to realize an addressing function that is indispensable for an integrated circuit element, while solving a problem associated with magnetic field writing, such as deterioration.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気記憶装
置は、複数個の分離された磁性体の配列を記憶担体とし
て有する磁気記憶装置であって、書き込み又は読み出し
の対象として選ばれた任意の記憶担体を指定して目的の
動作を達成する手段として、固体中を伝搬する交換相互
作用を利用することを特徴とする。A magnetic storage device according to the present invention is a magnetic storage device having an array of a plurality of separated magnetic materials as a storage carrier, wherein an arbitrary one selected as an object to be written or read is provided. The present invention is characterized by utilizing exchange interaction propagating in a solid as means for designating a memory carrier and achieving a desired operation.
【0020】本発明に係る磁気記憶装置において、固体
中を伝搬する交換相互作用を利用するにあたっては、例
えば、二つの磁性層に結合制御層が挟まれた構造を用い
る。このとき利用される交換相互作用は、上記結合制御
層を介して二つの磁性層間に働く交換相互作用である。
そして、任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出
しを行う際には、上記結合制御層に電気的刺激や光刺激
などの刺激を与えることにより生じる、二つの磁性層間
の交換相互作用の変化を利用する。In the magnetic storage device according to the present invention, when utilizing the exchange interaction propagating in a solid, for example, a structure in which a coupling control layer is sandwiched between two magnetic layers is used. The exchange interaction used at this time is an exchange interaction acting between the two magnetic layers via the coupling control layer.
Then, when writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, a change in the exchange interaction between the two magnetic layers caused by applying a stimulus such as an electrical stimulus or a light stimulus to the coupling control layer is performed. Use.
【0021】なお、上記結合制御層としては、例えば、
半導体層を用いる。このとき、上記交換相互作用は、上
記半導体層の伝導電子によって媒介される。そして、任
意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う際
には、上記半導体層に電気的刺激を与えることにより生
じる、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用す
る。The above-mentioned bonding control layer is, for example,
A semiconductor layer is used. At this time, the exchange interaction is mediated by conduction electrons of the semiconductor layer. When writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, a change in the exchange interaction between the two magnetic layers caused by applying an electrical stimulus to the semiconductor layer is used.
【0022】また、上記結合制御層としては、例えば、
誘電体層を用いても良い。このとき、上記交換相互作用
は、上記誘電体層を介してトンネル効果により磁性層間
を移動する電子によって媒介される。そして、任意の記
憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う際には、
上記誘電体層のトンネル障壁高さを変えることにより生
じる、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用す
る。Further, as the binding control layer, for example,
A dielectric layer may be used. At this time, the exchange interaction is mediated by electrons moving between the magnetic layers by the tunnel effect via the dielectric layer. And, when performing writing or reading by selecting an arbitrary storage carrier,
The change of the exchange interaction between the two magnetic layers caused by changing the tunnel barrier height of the dielectric layer is used.
【0023】また、上記結合制御層としては、例えば、
導電体層を用いても良い。このとき利用される交換相互
作用は、上記導電体層を介して二つの磁性層間に働く交
換相互作用である。そして、任意の記憶担体を選択して
書き込み又は読み出しを行う際には、上記導電体層に電
流を流すことにより生じる、二つの磁性層間の交換相互
作用の変化を利用する。Further, as the above-mentioned bonding control layer, for example,
A conductor layer may be used. The exchange interaction used at this time is an exchange interaction acting between the two magnetic layers via the conductor layer. When writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, a change in the exchange interaction between the two magnetic layers caused by passing a current through the conductive layer is used.
【0024】また、上記結合制御層としては、例えば、
膜厚が10nm以上であり、磁性体を含有しているよう
なものを用いても良い。具体的には、磁性層と非強磁性
層とが積層されてなる多層構造体や、磁性粒子が非磁性
体中に分散されてなるものなどが好適である。Further, as the binding control layer, for example,
A material having a film thickness of 10 nm or more and containing a magnetic material may be used. Specifically, a multilayer structure in which a magnetic layer and a non-ferromagnetic layer are laminated, a layer in which magnetic particles are dispersed in a non-magnetic material, and the like are preferable.
【0025】なお、上記磁気記憶装置において、二つの
磁性層に結合制御層が挟まれた構造の下層には、硬質磁
性材料からなる磁性層を形成するようにしても良い。ま
た、上記結合制御層を挟む磁性層として、一対の磁性層
が磁化方向が互いに反平行となるように中間層を介して
積層されたものを用いるようにしても良い。また、上記
磁性層と上記結合制御層との間には、磁気的結合を媒介
する電気的絶縁材料からなる薄膜を配するようにしても
良い。In the above magnetic storage device, a magnetic layer made of a hard magnetic material may be formed below the structure in which the coupling control layer is sandwiched between the two magnetic layers. Further, as the magnetic layer sandwiching the coupling control layer, a layer in which a pair of magnetic layers are stacked via an intermediate layer so that the magnetization directions are antiparallel to each other may be used. In addition, a thin film made of an electrically insulating material that mediates magnetic coupling may be disposed between the magnetic layer and the coupling control layer.
【0026】また、本発明に係る磁気記憶装置では、例
えば、複数の直線状部材が交差するように配置されると
ともに、それらの直線状部材の交差点に対応する位置に
個々の記憶担体が配置される。そして、任意の記憶担体
を選択して書き込み又は読み出しを行う際に、2つ以上
の直線状部材から記憶担体に及ぼされる磁気的相互作用
を組み合わせることで、選択した記憶担体に対する書き
込み又は読み出し動作を行う。そして、上記磁気的相互
作用のうちの少なくとも一つとして、固体中を伝搬する
交換相互作用を利用する。In the magnetic storage device according to the present invention, for example, a plurality of linear members are arranged so as to intersect, and individual storage carriers are arranged at positions corresponding to intersections of the linear members. You. Then, when writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, the magnetic interaction exerted on the storage carrier from two or more linear members is combined to perform the writing or reading operation on the selected storage carrier. Do. Then, as at least one of the magnetic interactions, an exchange interaction propagating in a solid is used.
【0027】また、本発明に係る磁気記憶装置では、例
えば、複数の直線状部材が交差するように配置されると
ともに、それらの直線状部材の交差点に対応する位置に
個々の記憶担体が配置される。そして、任意の記憶担体
を選択して書き込み動作を行う際に、1つの記憶担体の
磁化方向を3つ以上の直線状部材から記憶担体に及ぼさ
れる磁気的相互作用の組み合わせによって制御する。そ
して、上記磁気的相互作用のうちの少なくとも一つとし
て、固体中を伝搬する交換相互作用を利用する。In the magnetic storage device according to the present invention, for example, a plurality of linear members are arranged so as to intersect, and individual storage carriers are arranged at positions corresponding to intersections of the linear members. You. Then, when an arbitrary storage medium is selected and a write operation is performed, the magnetization direction of one storage medium is controlled by a combination of magnetic interactions exerted on the storage medium by three or more linear members. Then, as at least one of the magnetic interactions, an exchange interaction propagating in a solid is used.
【0028】また、本発明に係るアドレッシング方法
は、複数個の分離された磁性体の配列を記憶担体として
有する磁気記憶装置におけるアドレッシング方法であっ
て、任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを
行う際に、固体中を伝搬する交換相互作用を利用するこ
とを特徴とする。An addressing method according to the present invention is an addressing method in a magnetic storage device having an array of a plurality of separated magnetic materials as a storage carrier, wherein an arbitrary storage carrier is selected to perform writing or reading. When performing, it is characterized by utilizing an exchange interaction propagating in a solid.
【0029】本発明に係るアドレッシング方法におい
て、固体中を伝搬する交換相互作用を利用するにあたっ
ては、例えば、二つの磁性層に結合制御層が挟まれた構
造を用いる。このとき利用される交換相互作用は、上記
結合制御層を介して二つの磁性層間に働く交換相互作用
である。そして、任意の記憶担体を選択して書き込み又
は読み出しを行う際には、上記結合制御層に電気的刺激
や光刺激などの刺激を与えることにより生じる、二つの
磁性層間の交換相互作用の変化を利用する。In the addressing method according to the present invention, when utilizing the exchange interaction propagating in a solid, for example, a structure in which a coupling control layer is sandwiched between two magnetic layers is used. The exchange interaction used at this time is an exchange interaction acting between the two magnetic layers via the coupling control layer. Then, when writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, a change in the exchange interaction between the two magnetic layers caused by applying a stimulus such as an electrical stimulus or a light stimulus to the coupling control layer is performed. Use.
【0030】なお、上記結合制御層としては、例えば、
半導体層を用いる。このとき、上記交換相互作用は、上
記半導体層の伝導電子によって媒介される。そして、任
意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う際
には、上記半導体層に電気的刺激を与えることにより生
じる、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用す
る。As the above-mentioned bonding control layer, for example,
A semiconductor layer is used. At this time, the exchange interaction is mediated by conduction electrons of the semiconductor layer. When writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, a change in the exchange interaction between the two magnetic layers caused by applying an electrical stimulus to the semiconductor layer is used.
【0031】また、上記結合制御層としては、例えば、
誘電体層を用いても良い。このとき、上記交換相互作用
は、上記誘電体層を介してトンネル効果により磁性層間
を移動する電子によって媒介される。そして、任意の記
憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う際には、
上記誘電体層のトンネル障壁高さを変えることにより生
じる、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用す
る。Further, as the binding control layer, for example,
A dielectric layer may be used. At this time, the exchange interaction is mediated by electrons moving between the magnetic layers by the tunnel effect via the dielectric layer. And, when performing writing or reading by selecting an arbitrary storage carrier,
The change of the exchange interaction between the two magnetic layers caused by changing the tunnel barrier height of the dielectric layer is used.
【0032】また、上記結合制御層としては、例えば、
導電体層を用いても良い。このとき利用される交換相互
作用は、上記導電体層を介して二つの磁性層間に働く交
換相互作用である。そして、任意の記憶担体を選択して
書き込み又は読み出しを行う際には、上記導電体層に電
流を流すことにより生じる、二つの磁性層間の交換相互
作用の変化を利用する。Further, as the binding control layer, for example,
A conductor layer may be used. The exchange interaction used at this time is an exchange interaction acting between the two magnetic layers via the conductor layer. When writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, a change in the exchange interaction between the two magnetic layers caused by passing a current through the conductive layer is used.
【0033】また、上記結合制御層としては、例えば、
10nm以上の厚さで、磁性体を含有するようなものを
用いても良い。具体的には、磁性層と非強磁性層とが積
層されてなる多層構造体や、磁性粒子が非磁性体中に分
散されてなるものなどが好適である。Further, as the binding control layer, for example,
A material having a thickness of 10 nm or more and containing a magnetic material may be used. Specifically, a multilayer structure in which a magnetic layer and a non-ferromagnetic layer are laminated, a layer in which magnetic particles are dispersed in a non-magnetic material, and the like are preferable.
【0034】また、本発明に係るアドレッシング方法の
対象となる磁気記憶装置は、例えば、複数の直線状部材
が交差するように配置されてなるとともに、それらの直
線状部材の交差点に対応する位置に個々の記憶担体が配
置されてなる。そして、任意の記憶担体を選択して書き
込み又は読み出しを行う際には、2つ以上の直線状部材
から記憶担体に及ぼされる磁気的相互作用を組み合わせ
ることで、選択した記憶担体に対する書き込み又は読み
出し動作を行う。そして、本発明に係るアドレッシング
方法では、上記磁気的相互作用のうちの少なくとも一つ
として、固体中を伝搬する交換相互作用を利用する。The magnetic storage device to which the addressing method according to the present invention is applied is, for example, arranged so that a plurality of linear members intersect with each other, and at a position corresponding to the intersection of the linear members. Individual storage carriers are arranged. Then, when writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage medium, a magnetic interaction exerted on the storage medium from two or more linear members is combined to perform a write or read operation on the selected storage medium. I do. In the addressing method according to the present invention, as at least one of the magnetic interactions, an exchange interaction propagating in a solid is used.
【0035】また、本発明に係るアドレッシング方法の
対象となる磁気記憶装置は、例えば、複数の直線状部材
が交差するように配置されてなるとともに、それらの直
線状部材の交差点に対応する位置に個々の記憶担体が配
置されてなる。そして、任意の記憶担体を選択して書き
込み動作を行う際には、1つの記憶担体の磁化方向を3
つ以上の直線状部材から記憶担体に及ぼされる磁気的相
互作用の組み合わせによって制御する。そして、本発明
に係るアドレッシング方法では、上記磁気的相互作用の
うちの少なくとも一つとして、固体中を伝搬する交換相
互作用を利用する。The magnetic storage device to which the addressing method according to the present invention is applied is, for example, arranged so that a plurality of linear members intersect with each other and at a position corresponding to the intersection of the linear members. Individual storage carriers are arranged. When a write operation is performed by selecting an arbitrary storage carrier, the magnetization direction of one storage carrier is set to three.
It is controlled by a combination of magnetic interactions exerted on the storage carrier from one or more linear members. In the addressing method according to the present invention, as at least one of the magnetic interactions, an exchange interaction propagating in a solid is used.
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0037】1.本発明の対象となる固体磁気メモリ 本発明に係る磁気記憶装置は、複数個の分離された磁性
体の配列を記憶担体として有する磁気記憶装置であり、
いわゆる固体磁気メモリである。そして、本発明の対象
となる固体磁気メモリでは、記憶を担う素子要素である
記憶担体の磁化方向を、外部からの磁界印加によること
なく、固体中の磁気的な相互作用(交換相互作用:exch
ange interaction)を駆動力として制御する。なお、以
下の説明では、このような固体磁気メモリを「交換結合
型磁気メモリ」と称する。 1. A solid-state magnetic memory to which the present invention is applied A magnetic storage device according to the present invention is a magnetic storage device having an array of a plurality of separated magnetic materials as a storage carrier,
This is a so-called solid magnetic memory. In the solid-state magnetic memory to which the present invention is applied, the magnetization direction of the storage carrier, which is an element element responsible for storage, is changed by a magnetic interaction (exchange interaction: exch interaction: exch interaction) in the solid without applying an external magnetic field.
Ange interaction) is controlled as driving force. In the following description, such a solid-state magnetic memory is referred to as an “exchange-coupled magnetic memory”.
【0038】上述した従来の固体磁気メモリにおける問
題(微細化に伴うクロストークの発生や保磁力の低下と
いった問題)は、書き込みのために記憶担体に磁界を印
加していることに起因している。したがって、記憶担体
の磁化方向を交換相互作用を利用して制御するようにし
た交換結合型固体磁気メモリでは、上述した従来の固体
磁気メモリにおける問題を解消することができる。The above-described problems in the conventional solid-state magnetic memory (problems such as generation of crosstalk and reduction of coercive force due to miniaturization) are caused by applying a magnetic field to the storage carrier for writing. . Therefore, in the exchange-coupling type solid-state magnetic memory in which the magnetization direction of the storage carrier is controlled using the exchange interaction, the above-described problem in the conventional solid-state magnetic memory can be solved.
【0039】なお、交換相互作用は、強磁性体の内部で
原子の磁気モーメントを一方向に揃えている起源にほか
ならない。また、図1に示すように、磁性体Aと磁性体
Bとが接触しているときには、両者の間にも、接触する
界面Sを通じて交換相互作用が働く。更に、図2に示す
ように、磁性体Aと磁性体Bとが直接接触しておらず、
磁性体Aと磁性体Bとの間に中間層Cが存在していたと
しても、磁性体Aと磁性体Bとの間の交換相互作用が、
中間層Cを介して伝搬する場合がある。ここで、中間層
Cが磁性体の場合は、当然の事ながら交換相互作用が伝
搬するが、中間層Cが、それ自身では磁性を示さないC
u,Auなどの非磁性金属やSi,Geのような半導体
の場合であっても、中間層Cを介して交換相互作用が伝
搬することが確認されている。そして、そのような交換
相互作用の伝搬の起源を説明する理論(RKKYモデル
など)も提案されている。It is to be noted that the exchange interaction is none other than the origin of aligning the magnetic moments of atoms in one direction inside the ferromagnetic material. Further, as shown in FIG. 1, when the magnetic body A and the magnetic body B are in contact with each other, an exchange interaction acts between the two through the interface S in contact. Further, as shown in FIG. 2, the magnetic body A and the magnetic body B are not in direct contact,
Even if the intermediate layer C exists between the magnetic material A and the magnetic material B, the exchange interaction between the magnetic material A and the magnetic material B is
It may propagate through the intermediate layer C. Here, when the intermediate layer C is a magnetic material, the exchange interaction naturally propagates, but the intermediate layer C is a magnetic material that does not exhibit magnetism by itself.
It has been confirmed that even in the case of a nonmagnetic metal such as u or Au or a semiconductor such as Si or Ge, the exchange interaction propagates through the intermediate layer C. A theory (such as the RKKY model) that explains the origin of such exchange interaction propagation has also been proposed.
【0040】2.交換結合型固体磁気メモリの例 交換結合型固体磁気メモリの一例を図3に示す。なお、
図3に示す交換結合型固体磁気メモリ1は、磁性体から
なる記憶担体2の磁化方向を制御することにより一回だ
け書き込みが可能なメモリとなっている。[0040] 2. Example of exchange-coupled solid-state magnetic memory An example of an exchange-coupled solid-state magnetic memory is shown in FIG. In addition,
The exchange-coupled solid-state magnetic memory 1 shown in FIG. 3 is a memory that can be written only once by controlling the magnetization direction of a storage carrier 2 made of a magnetic material.
【0041】この交換結合型固体磁気メモリ1におい
て、記憶担体2は、逆向きのバイアスを与えるふたつの
固定磁性層3,4で挟まれている。入力回路5によって
結合制御層6に供給される電流は、固定磁性層3から記
憶担体2へのバイアスを切る働きをもつ。In this exchange-coupled solid-state magnetic memory 1, the storage carrier 2 is sandwiched between two fixed magnetic layers 3 and 4 for giving a reverse bias. The current supplied to the coupling control layer 6 by the input circuit 5 has the function of cutting off the bias from the fixed magnetic layer 3 to the storage carrier 2.
【0042】すなわち、結合制御層6への入力がOFF
で、結合制御層6に電流が流れていないときには、固定
磁性層3と記憶担体2との間で交換相互作用が生じ、記
憶担体2に対して固定磁性層3からのバイアスが働く。
そして、固定磁性層3からのバイアスがある場合には、
固定磁性層3からのバイアスと、固定磁性層4からのバ
イアスとが相殺し、記憶担体2の磁化に対して正味の駆
動力は働かない。That is, the input to the coupling control layer 6 is OFF.
When a current does not flow through the coupling control layer 6, an exchange interaction occurs between the fixed magnetic layer 3 and the storage carrier 2, and a bias from the fixed magnetic layer 3 acts on the storage carrier 2.
When there is a bias from the fixed magnetic layer 3,
The bias from the fixed magnetic layer 3 and the bias from the fixed magnetic layer 4 cancel each other, and no net driving force acts on the magnetization of the storage carrier 2.
【0043】一方、結合制御層6への入力がONにな
り、結合制御層6に電流が流れると、固定磁性層3と記
憶担体2との間での交換相互作用が生じなくなり、記憶
担体2に対する固定磁性層3からのバイアスが働かなく
なる。そして、固定磁性層3からのバイアスが働かなく
なると、固定磁性層4からのバイアスにより、記憶担体
2に磁化反転が生じる。On the other hand, when the input to the coupling control layer 6 is turned ON and a current flows through the coupling control layer 6, the exchange interaction between the fixed magnetic layer 3 and the storage medium 2 does not occur. Bias from the fixed magnetic layer 3 does not work. Then, when the bias from the fixed magnetic layer 3 does not work, the magnetization from the storage carrier 2 is caused by the bias from the fixed magnetic layer 4.
【0044】なお、記憶担体2の磁化方向の読み出し
は、図3の例では、スピンバルブの原理によって達成さ
れている。固定磁性層7は、記憶担体2の磁化には強い
影響を及ぼさないように非磁性中間層8で分離されてい
る。出力回路9から供給され、固定磁性層7から非磁性
中間層8を介して記憶担体2へと流れる電流は、記憶担
体2の磁化方向と固定磁性層7の磁化方向とが平行な場
合には大きくなり、反平行の場合には小さくなるので、
これによって記憶担体2の磁化方向を検出することがで
きる。The reading of the magnetization direction of the storage carrier 2 is achieved by the principle of the spin valve in the example of FIG. The fixed magnetic layer 7 is separated by a non-magnetic intermediate layer 8 so as not to have a strong influence on the magnetization of the storage carrier 2. The current supplied from the output circuit 9 and flowing from the fixed magnetic layer 7 to the storage carrier 2 via the non-magnetic intermediate layer 8 is generated when the magnetization direction of the storage carrier 2 and the magnetization direction of the fixed magnetic layer 7 are parallel. It becomes larger and smaller in the case of anti-parallel,
Thereby, the magnetization direction of the storage carrier 2 can be detected.
【0045】このような交換結合型固体磁気メモリ1で
は、記憶担体2の磁化の制御に交換結合を利用している
ので、微細化に伴うクロストークの発生や保磁力の低下
といった、磁界利用書き込みに伴う問題を解消すること
ができる。In such an exchange-coupled solid-state magnetic memory 1, since exchange coupling is used to control the magnetization of the storage carrier 2, magnetic field-based writing such as generation of crosstalk and reduction of coercive force due to miniaturization is performed. Can be solved.
【0046】ここで、固体磁気メモリの記憶単位部分
(以下、メモリセルと称する。)の寸法Lと、記憶担体
の駆動に用いることができる駆動磁界Hとの関係につい
て、導線に電流を流すことで発生する磁界を利用する電
流磁界方式の場合(すなわち図21に示した従来の固体
磁気メモリの場合)と、固体中の交換相互作用を利用す
る交換結合方式の場合(すなわち図3に示したような交
換結合型固体磁気メモリの場合)とを比較して図4に示
す。なお、電流磁界方式において、導線の径はメモリセ
ル寸法Lの0.8倍と仮定した。図4に示すように、電
流磁界方式では、メモリセル寸法Lが小さくなるにつれ
て、導線から印加できる磁界が小さくなる。一方、交換
相互作用はメモリセル寸法Lによらないので、交換結合
方式は微細化が進むと有利になる。Here, the relationship between the dimension L of a storage unit portion (hereinafter, referred to as a memory cell) of a solid-state magnetic memory and a drive magnetic field H that can be used to drive a storage carrier is explained by applying a current to a conductor. In the case of the current magnetic field system using the magnetic field generated in (1), that is, in the case of the conventional solid-state magnetic memory shown in FIG. FIG. 4 shows a comparison with such an exchange-coupled solid-state magnetic memory). In the current magnetic field method, the diameter of the conductor was assumed to be 0.8 times the memory cell size L. As shown in FIG. 4, in the current magnetic field method, as the memory cell dimension L decreases, the magnetic field that can be applied from the conductor decreases. On the other hand, since the exchange interaction does not depend on the memory cell size L, the exchange coupling method becomes more advantageous as miniaturization progresses.
【0047】以上のように、交換相互作用の磁界換算値
はメモリセル寸法Lに依存しないので、交換相互作用を
利用して記憶担体の磁化を制御するようにすれば、微細
化が進んでも、保磁力が大きい磁性体を記憶担体として
利用することが可能となる。具体的には、図4からも分
かるように、メモリセル寸法Lが非常に小さくなって
も、保磁力が数十Oe以上の磁性体を記憶担体に用いる
ことが可能となる。そして、保磁力の大きな記憶担体を
利用することで、例えば、周囲から外乱磁場をうけるよ
うな環境下で使用される携帯電子機器用としても、高い
信頼性が保証される。As described above, the magnetic field conversion value of the exchange interaction does not depend on the memory cell size L. Therefore, if the magnetization of the storage carrier is controlled using the exchange interaction, even if the miniaturization proceeds, A magnetic material having a large coercive force can be used as a storage carrier. Specifically, as can be seen from FIG. 4, even if the memory cell size L becomes very small, a magnetic material having a coercive force of several tens Oe or more can be used for the storage carrier. By using a memory carrier having a large coercive force, for example, high reliability is guaranteed even for a portable electronic device used in an environment where a disturbance magnetic field is received from the surroundings.
【0048】3.固体磁気メモリのアドレッシング 本発明では、上述のような交換結合型固体磁気メモリに
更に、集積回路素子には不可欠のアドレッシング機能を
付加している。[0048] 3. Addressing of Solid-State Magnetic Memory In the present invention, an addressing function indispensable for an integrated circuit element is further added to the above-described exchange-coupled solid-state magnetic memory.
【0049】一般に、複数のメモリセルを有する固体磁
気メモリに対する書き込みの過程は、次の一連の操作か
らなる。すなわち、先ず、固体磁気メモリを利用する演
算処理装置によって、書き込み対象のメモリセルが選択
される。次に、演算処理装置から固体磁気メモリに、固
体磁気メモリ内の多数のメモリセルのうち、目的のメモ
リセルに向けて「当該メモリセルの記憶担体の磁化反転
がなされるべきである」という情報が送られる。次に、
上記情報に基づいて、該当するメモリセルの記憶担体に
対して磁化反転の駆動力が発揮され、当該記憶担体の磁
化が反転させられる。そして、このように特定のメモリ
セルを選択して当該メモリセルに対して特定の動作を行
わせることが、一般にアドレッシングと称されている。In general, a writing process for a solid-state magnetic memory having a plurality of memory cells comprises the following series of operations. That is, first, an arithmetic processing device using a solid-state magnetic memory selects a memory cell to be written. Next, from the arithmetic processing unit to the solid-state magnetic memory, information indicating that the magnetization reversal of the storage carrier of the memory cell should be performed toward a target memory cell among a large number of memory cells in the solid-state magnetic memory. Is sent. next,
Based on the information, a driving force for magnetization reversal is exerted on the storage carrier of the corresponding memory cell, and the magnetization of the storage carrier is reversed. Then, selecting a specific memory cell and causing the memory cell to perform a specific operation in this way is generally called addressing.
【0050】そして、例えば、電気入力により記憶担体
の磁化方向を制御するようにした固体磁気メモリにおい
て、アドレッシング機能を実現するには、演算処理装置
からメモリセルに向けて電気信号を運ぶ配線(いわゆる
アドレス線)を設けておけばよい。すなわち、各メモリ
セルにそれぞれアドレス線を設けてやり、操作対象とな
るメモリセルに対応したアドレス線に電気信号を送るこ
とにより、特定のメモリセルを選択して当該メモリセル
を動作させることができる。For example, in a solid-state magnetic memory in which the magnetization direction of a storage carrier is controlled by an electric input, in order to realize an addressing function, a wiring for carrying an electric signal from an arithmetic processing unit to a memory cell (so-called wiring). Address line). That is, an address line is provided for each memory cell, and an electric signal is sent to the address line corresponding to the memory cell to be operated, so that a specific memory cell can be selected and the memory cell can be operated. .
【0051】しかし、個々のメモリセルに対して個別に
アドレス線を設けると、構造が非常に複雑になる。例え
ば、メモリセルが縦方向にm個、横方向にn個存在する
ときに、個々のメモリセルに対して個別にアドレス線を
設けようとすると、1つのメモリセルに1つだけアドレ
ス線を設けるとしても、m×n本のアドレス線が必要と
なる。これでは、構造が非常に複雑になってしまい、集
積回路素子とすることは困難である。However, if address lines are individually provided for individual memory cells, the structure becomes very complicated. For example, when there are m memory cells in the vertical direction and n memory cells in the horizontal direction, if an individual address line is to be provided for each memory cell, only one address line is provided for one memory cell. In this case, m × n address lines are required. In this case, the structure becomes very complicated, and it is difficult to form an integrated circuit device.
【0052】一方、図23に示した従来の固体磁気メモ
リでは、交差する導線群という非常に単純な道具立てだ
けによって、アドレッシング機能を実現している。すな
わち、図23に示した従来の固体磁気メモリでは、縦方
向にm個、横方向にn個のメモリセルに対して、縦方向
にm本、横方向にn本、合計n+m本の配線を設けるだ
けで、特定のメモリセルを選択して当該メモリセルを動
作させることが可能となっている。On the other hand, in the conventional solid-state magnetic memory shown in FIG. 23, an addressing function is realized only by a very simple tool of a group of intersecting conductors. That is, in the conventional solid-state magnetic memory shown in FIG. 23, m + vertical wirings and n + horizontal wirings for a total of n + m wirings are provided for m memory cells in the vertical direction and n memory cells in the horizontal direction. Only by providing the memory cell, it is possible to select a specific memory cell and operate the memory cell.
【0053】なお、以下の説明では、このように交差す
る導線群を利用して行われるアドレッシングのことを
「マトリクス型アドレッシング」と称する。このような
マトリクス型アドレッシングは、メモリセルの数が増え
ても、必要な配線が非常に少なくて済み、構造が単純な
ので、特に集積回路素子を構成するにあたって非常に好
適である。In the following description, the addressing performed by using the group of intersecting conductors is referred to as "matrix type addressing". Such a matrix type addressing is very suitable especially for forming an integrated circuit device because the number of necessary wirings is very small and the structure is simple even if the number of memory cells is increased.
【0054】ところで、図23に示した従来の固体磁気
メモリでは、磁界の重ね合わせを利用して記憶担体の磁
化反転を行うようにしているので、マトリクス型アドレ
ッシングを容易に実現できる。しかしながら、交換結合
型固体磁気メモリでは、磁界の重ね合わせを利用しない
ので、マトリクス型アドレッシングの適用は容易ではな
い。By the way, in the conventional solid-state magnetic memory shown in FIG. 23, since the magnetization reversal of the storage carrier is performed by using the superposition of the magnetic fields, matrix type addressing can be easily realized. However, in the exchange-coupled solid-state magnetic memory, the superposition of magnetic fields is not used, so that application of matrix addressing is not easy.
【0055】すなわち、従来考案されてきた交換結合型
固体磁気メモリにおいて、特定のメモリセルを選択して
当該メモリセルを動作させるには、特定のメモリセルだ
けを選択して電流又は電圧を供給する機構が必要であ
り、そのために、従来考案されてきた交換結合型固体磁
気メモリでは、マトリクス型アドレッシングを単純に適
用することはできなかった。換言すれば、従来考案され
てきた交換結合型固体磁気メモリにおいて、マトリクス
型アドレッシングを無理にでも適用しようとした場合に
は、単にアドレス線とメモリセルを接続する以上の何ら
かの工夫が必要であった。具体的には例えば、アドレス
線とメモリセルとの間にダイオードのような非線形素子
を接続したり、半導体メモリで使用されているような選
択トランジスタをメモリセルに付属させるようなことが
必要となる。しかしながら、これらは構造の複雑化及び
煩雑化に繋がるため好ましくない。That is, in the conventional exchange-coupled solid-state magnetic memory, in order to select a specific memory cell and operate the memory cell, only the specific memory cell is selected and a current or a voltage is supplied. A mechanism is required, and therefore, matrix-type addressing cannot be simply applied to the exchange-coupled solid-state magnetic memory that has been conventionally devised. In other words, in the conventional exchange-coupled solid-state magnetic memory, if matrix-type addressing is forcibly applied, some contrivance is required beyond simply connecting the address line and the memory cell. . Specifically, for example, it is necessary to connect a non-linear element such as a diode between an address line and a memory cell, or to attach a select transistor used in a semiconductor memory to the memory cell. . However, these are not preferred because they lead to a complicated and complicated structure.
【0056】4.本発明を適用した交換結合型固体磁気
メモリの基本的な構成 上述のように、交換結合型固体磁気メモリにおいてマト
リクス型アドレッシングを実現するにあたって、非線形
素子や選択トランジスタ等を用いたのでは、構造が複雑
化及び煩雑化してしまうため好ましくない。そこで、本
発明では、非線形素子や選択トランジスタ等を用いるこ
となく、交換結合型固体磁気メモリにおいてマトリクス
型アドレッシングを実現できるようにしている。以下、
このような本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリ
の一例について、その基本的な構成について説明する。[0056] 4. Exchange coupled solid state magnet to which the present invention is applied
Basic Structure of Memory As described above, in realizing matrix-type addressing in an exchange-coupled solid-state magnetic memory, using a non-linear element, a selection transistor, or the like is not preferable because the structure becomes complicated and complicated. . Therefore, in the present invention, matrix addressing can be realized in an exchange-coupled solid-state magnetic memory without using a nonlinear element, a selection transistor, or the like. Less than,
A basic configuration of an example of such an exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied will be described.
【0057】4−1 全体的な構成 まず、交換結合型固体磁気メモリに、細長い線状又は帯
状に形成されてなる複数の直線状部材を設ける。そし
て、それらの直線状部材に、メモリセルを特定するため
の信号伝達線としての機能と、メモリセル内の記憶担体
の磁化方向を制御する機能とを持たせる。なお、以下の
説明では、このような直線状部材を「駆動線」と称す
る。 4-1 Overall Configuration First, the exchange-coupled solid-state magnetic memory is provided with a plurality of linear members formed in an elongated linear or band shape. The linear members are provided with a function as a signal transmission line for specifying a memory cell and a function of controlling the magnetization direction of a storage carrier in the memory cell. In the following description, such a linear member is referred to as a “drive line”.
【0058】より具体的には、例えば、互いに直交する
方向をそれぞれx方向,y方向としたとき、駆動線とし
て、x方向にほぼ平行に配された複数の駆動線(以下、
これらの駆動線をx方向駆動線と称する。)を設けると
ともに、y方向にほぼ平行に配された複数の駆動線(以
下、これらの駆動線をy方向駆動線と称する。)を設け
る。そして、x方向駆動線とy方向駆動線とが交差して
成す格子点の位置に記憶担体を配置する。More specifically, for example, assuming that the directions orthogonal to each other are the x direction and the y direction, respectively, a plurality of drive lines (hereinafter, referred to as "drive lines") arranged substantially in parallel to the x direction.
These drive lines are called x-direction drive lines. ), And a plurality of drive lines arranged substantially parallel to the y direction (hereinafter, these drive lines are referred to as y direction drive lines). Then, the storage carrier is arranged at a position of a lattice point formed by the intersection of the x-direction drive line and the y-direction drive line.
【0059】なお、これらの駆動線は、図23に示した
従来の固体磁気メモリにおけるワード線やビット線と同
様、駆動線に沿って配された複数の記憶担体の全てに対
して、当該記憶担体の磁化方向を変化させる作用を及ぼ
す。ただし、ここでは交換結合型固体磁気メモリである
ので、記憶担体の磁化方向を変化させる作用として、交
換相互作用を利用する。なお、以下の説明では、記憶担
体の磁化方向をある方向に向かせようとする作用のこと
を駆動作用と称する。These drive lines are used for all of a plurality of storage carriers arranged along the drive lines, as in the case of the word lines and bit lines in the conventional solid-state magnetic memory shown in FIG. It acts to change the magnetization direction of the carrier. However, here, since it is an exchange-coupling type solid-state magnetic memory, an exchange interaction is used as an operation for changing the magnetization direction of the storage carrier. In the following description, an operation of causing the magnetization direction of the storage carrier to be directed in a certain direction is referred to as a driving operation.
【0060】4−2 マトリクス型アドレッシングの原
理 以上のように駆動線を組み合わせることで達成される、
交換結合型固体磁気メモリにおけるマトリクス型アドレ
ッシングについて説明する。 4-2 Source of Matrix Type Addressing
This is achieved by combining drive lines as described above.
Matrix addressing in an exchange-coupled solid-state magnetic memory will be described.
【0061】4−2−1 メモリセルの構成 まず、マトリクス型アドレッシングが成される交換結合
型固体磁気メモリのメモリセルについて、図5及び図6
を参照して説明する。なお、図5は、ひとつのメモリセ
ルに相当する部分を抜き出して示す図であり、図6はそ
の駆動原理を説明するための図である。 4-2-1 Configuration of Memory Cell First, a memory cell of an exchange-coupled solid-state magnetic memory in which matrix addressing is performed is described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing a portion corresponding to one memory cell, and FIG. 6 is a diagram for explaining the driving principle.
【0062】図5に示すように、メモリセル10は、互
いに平行に配された第1のy方向駆動線11及び第2の
y方向駆動線12と、第1及び第2のy方向駆動線1
1,12に対して直交するように配されたx方向駆動線
14と、第1及び第2のy方向駆動線11,12とx方
向駆動線14との間に配された記憶担体13とから構成
される。ここで、記憶担体13は、第1のy方向駆動線
11、第2のy方向駆動線12及びx方向駆動線14の
影響下に置かれる。すなわち、記憶担体13は3系統の
駆動源の影響下に置かれる。As shown in FIG. 5, the memory cell 10 includes a first y-direction drive line 11 and a second y-direction drive line 12 arranged in parallel with each other, and a first and second y-direction drive line. 1
An x-direction drive line 14 disposed orthogonal to the first and second x-direction drive lines 14 and a storage carrier 13 disposed between the first and second y-direction drive lines 11 and 12 and the x-direction drive line 14. Consists of Here, the storage carrier 13 is placed under the influence of the first y-direction drive line 11, the second y-direction drive line 12 and the x-direction drive line 14. That is, the storage carrier 13 is placed under the influence of three driving sources.
【0063】このメモリセル10において、第1のy方
向駆動線11は、所定の方向に磁化された第1の固定磁
性層11aと、第1の導電体層11bとの積層体が、細
長い帯状に形成されてなる。また、第2のy方向駆動線
12は、第1の固定磁性層11aとは異なる方向に磁化
された第2の固定磁性層12aと、第2の導電体層12
bとの積層体が、細長い帯状に形成されてなる。そし
て、記憶担体13は、導電体層11b,12bを介して
固定磁性層11a,12aと対向するように、第1のy
方向駆動線11上の一部から第2のy方向駆動線12上
の一部にわたって形成されている。In the memory cell 10, the first y-direction drive line 11 is formed by forming a laminate of a first fixed magnetic layer 11 a magnetized in a predetermined direction and a first conductor layer 11 b into an elongated strip shape. It is formed in. The second y-direction drive line 12 includes a second pinned magnetic layer 12a magnetized in a direction different from that of the first pinned magnetic layer 11a, and a second conductor layer 12a.
The laminate with b is formed in an elongated strip shape. Then, the storage carrier 13 is provided with the first y so as to face the fixed magnetic layers 11a and 12a via the conductor layers 11b and 12b.
It is formed from a part on the direction drive line 11 to a part on the second y-direction drive line 12.
【0064】なお、図5では省略しているが、特に記憶
担体13の電気抵抗が低い場合には、第1の導電体層1
1bと記憶担体13との間や、第2の導電体層12bと
記憶担体13との間や、記憶担体13とx方向駆動線1
4との間に、絶縁層を形成するようにした方が良い。Although not shown in FIG. 5, especially when the electric resistance of the storage carrier 13 is low, the first conductive layer 1
1b and the storage carrier 13, between the second conductive layer 12b and the storage carrier 13, between the storage carrier 13 and the x-direction drive line 1
It is better to form an insulating layer between the first and fourth layers.
【0065】このメモリセル10において、第1のy方
向駆動線11は、記憶担体13に対して、当該記憶担体
13の磁化方向を所定の方向に向かせようとする駆動作
用A1を働きかける駆動源となっている。同様に、第2
のy方向駆動線12も、記憶担体13に対して、当該記
憶担体13の磁化方向を所定の方向に向かせようとする
駆動作用A2を働きかける駆動源となっている。なお、
図5及び図6において、矢印A1の方向は、第1のy方
向駆動線11から記憶担体13に対して働く駆動作用の
方向を示しており、矢印A2の方向は、第2のy方向駆
動線12から記憶担体13に対して働く駆動作用の方向
を示している。In this memory cell 10, the first y-direction drive line 11 is a drive source that acts on the storage carrier 13 to drive a drive action A 1 to direct the magnetization direction of the storage carrier 13 in a predetermined direction. It has become. Similarly, the second
The y-direction drive line 12 is also a drive source that acts on the storage carrier 13 to actuate a drive action A2 to direct the magnetization direction of the storage carrier 13 to a predetermined direction. In addition,
5 and 6, the direction of the arrow A1 indicates the direction of the driving action acting on the storage carrier 13 from the first y-direction drive line 11, and the direction of the arrow A2 indicates the direction of the second y-direction drive. The direction of the driving action acting on the storage carrier 13 from the line 12 is shown.
【0066】すなわち、第1のy方向駆動線11を構成
する第1の固定磁性層11aは−x方向に磁化されてな
り、第1のy方向駆動線11から記憶担体13への駆動
作用A1は、記憶担体13の磁化方向M1を−x方向に
向かせるように働く。また、第2のy方向駆動線12を
構成する第2の固定磁性層12aは+x方向に磁化され
てなり、第2のy方向駆動線12から記憶担体13への
駆動作用A2は、記憶担体13の磁化方向M1を+x方
向に向かせるように働く。That is, the first fixed magnetic layer 11a constituting the first y-direction drive line 11 is magnetized in the −x direction, and the driving action A1 from the first y-direction drive line 11 to the storage carrier 13 is performed. Works to orient the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 in the −x direction. Further, the second pinned magnetic layer 12a constituting the second y-direction drive line 12 is magnetized in the + x direction, and the driving action A2 from the second y-direction drive line 12 to the storage carrier 13 is 13 acts to orient the magnetization direction M1 in the + x direction.
【0067】また、第1のy方向駆動線11上の一部か
ら第2のy方向駆動線12上の一部にわたって形成され
た記憶担体13は、一軸磁気異方性を有する磁性体から
なり、x方向が磁化容易軸とされている。そして、この
メモリセル10では、記憶担体13の磁化の向きによ
り、二値の記録を行うことが可能となっている。The storage carrier 13 formed from a part on the first y-direction drive line 11 to a part on the second y-direction drive line 12 is made of a magnetic material having uniaxial magnetic anisotropy. , And x directions are the easy axes of magnetization. In the memory cell 10, binary recording can be performed depending on the direction of magnetization of the storage carrier 13.
【0068】一方、x方向駆動線14は、導電性を有す
る材料からなり、記憶担体13の上を通過するように、
且つ、長手方向がx方向となるように、細長い帯状に形
成されてなる。そして、このメモリセル10では、x方
向駆動線14に電流を流すことにより磁界が発生し、当
該磁界が記憶担体13に対して印加されるようになされ
ている。なお、図5及び図6において、A3は、x方向
駆動線14に電流を流したときに生じる磁界を示してい
る。On the other hand, the x-direction drive line 14 is made of a conductive material, and
And it is formed in an elongated strip shape so that the longitudinal direction is the x direction. In the memory cell 10, a magnetic field is generated by flowing a current through the x-direction drive line 14, and the magnetic field is applied to the storage carrier 13. 5 and 6, A3 indicates a magnetic field generated when a current flows through the x-direction drive line 14.
【0069】ところで、図23に示した従来の固体磁気
メモリの説明のところで述べたように、磁性体に磁化反
転を生じさせるのに必要な磁界の大きさは、磁界の印加
方向に依存し、一般に、磁化容易軸の方向に対して平行
に磁界を印加する場合よりも、磁化容易軸から45゜程
度の角度を成す方向に磁界を印加した場合に、より小さ
な磁界強度で磁化反転を生じさせることができる。By the way, as described in the description of the conventional solid-state magnetic memory shown in FIG. 23, the magnitude of the magnetic field required to cause the magnetization reversal in the magnetic material depends on the direction of application of the magnetic field. In general, when a magnetic field is applied in a direction at an angle of about 45 ° from the easy axis, magnetization reversal occurs with a smaller magnetic field strength than when a magnetic field is applied in parallel to the direction of the easy axis. be able to.
【0070】そこで、このメモリセル10では、第1の
y方向駆動線11からの駆動作用A1だけのときや、第
2のy方向駆動線12からの駆動作用A2だけのときに
は、記憶担体13に磁化反転が生じないようにし、第1
のy方向駆動線11からの駆動作用A1と、x方向駆動
線14に電流を流すことにより発生する磁界A3による
作用との両方があるとき、或いは、第2のy方向駆動線
層12からの駆動作用A2と、x方向駆動線14に電流
を流すことにより発生する磁界A3による作用との両方
があるときに、記憶担体13に磁化反転が生じるように
している。すなわち、このメモリセルは、第1のy方向
駆動線11を構成する第1の導電体層11bに流す電流
と、第2のy方向駆動線12を構成する第2の導電体層
12bに流す電流と、x方向駆動線14に流す電流とを
制御することで、記憶担体13の磁化方向M1が制御さ
れ、当該記憶担体13の磁化の向きにより、二値の記録
が行われる。Therefore, in this memory cell 10, when only the driving action A 1 from the first y-direction driving line 11 or only the driving action A 2 from the second y-direction driving line 12, the storage carrier 13 To prevent magnetization reversal,
When there is both the driving action A1 from the y-direction drive line 11 and the action by the magnetic field A3 generated by flowing a current through the x-direction drive line 14, or from the second y-direction drive line layer 12. When both the driving action A2 and the action by the magnetic field A3 generated by flowing the current through the x-direction driving line 14, the magnetization reversal occurs in the storage carrier 13. That is, in this memory cell, a current flows through the first conductive layer 11b forming the first y-direction drive line 11 and a current flows through the second conductive layer 12b forms the second y-direction drive line 12. By controlling the current and the current flowing through the x-direction drive line 14, the magnetization direction M <b> 1 of the storage carrier 13 is controlled, and binary recording is performed according to the magnetization direction of the storage carrier 13.
【0071】4−2−2 メモリセルの駆動原理 上記メモリセル10の駆動原理について、図6を参照し
て詳細に説明する。 4-2-2 Principle of Driving Memory Cell The principle of driving the memory cell 10 will be described in detail with reference to FIG.
【0072】まず、図6(a)に、x方向駆動線14へ
の電流供給、第1のy方向駆動線11を構成する第1の
導電体層11bへの電流供給、及び第2のy方向駆動線
12を構成する第2の導電体層12bへの電流供給を行
わずに、記憶担体13の磁化方向が+x方向(図中右方
向)に保たれている状態を示す。このときは、第1のy
方向駆動線11を構成する第1の導電体層11bへの電
流供給、及び第2のy方向駆動線12を構成する第2の
導電体層12bへの電流供給を行っていないので、記憶
担体13には、第1のy方向駆動線11からの駆動作用
A1と、第2のy方向駆動線12からの駆動作用A2と
の両方が働く。しかし、第1のy方向駆動線11からの
駆動作用A1の方向と、第2のy方向駆動線12からの
駆動作用A2の方向とは互いに逆向きであるので、第1
のy方向駆動線11からの駆動作用A1と、第2のy方
向駆動線12からの駆動作用A2とは相殺する。そのた
め、記憶担体13の磁化方向M1は、記憶担体自身の一
軸磁気異方性によって安定化されて、それまでの状態
(ここでは、記憶担体13の磁化方向が+x方向を向い
ている状態)がそのまま保持される。First, FIG. 6A shows the current supply to the x-direction drive line 14, the current supply to the first conductive layer 11b constituting the first y-direction drive line 11, and the second y-direction drive line 11. This shows a state in which the magnetization direction of the storage carrier 13 is maintained in the + x direction (right direction in the figure) without supplying current to the second conductor layer 12b constituting the direction drive line 12. In this case, the first y
Since the current supply to the first conductor layer 11b constituting the direction drive line 11 and the current supply to the second conductor layer 12b constituting the second y-direction drive line 12 are not performed, the storage carrier In 13, both the driving action A1 from the first y-direction driving line 11 and the driving action A2 from the second y-direction driving line 12 act. However, the direction of the driving action A1 from the first y-direction driving line 11 and the direction of the driving action A2 from the second y-direction driving line 12 are opposite to each other.
The driving action A1 from the y-direction driving line 11 and the driving action A2 from the second y-direction driving line 12 cancel each other. Therefore, the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is stabilized by the uniaxial magnetic anisotropy of the storage carrier itself, and the previous state (here, the magnetization direction of the storage carrier 13 is in the + x direction) is changed. It is kept as it is.
【0073】つぎに、図6(b)に、記憶担体13の磁
化方向M1が+x方向(図中右方向)となっているとき
に、x方向駆動線14への電流供給、及び第1のy方向
駆動線11を構成する第1の導電体層11bへの電流供
給は行わずに、第2のy方向駆動線12を構成する第2
の導電体層12bにだけ電流を供給したときの状態を示
す。このときは、第2のy方向駆動線12から記憶担体
13への駆動作用A2が働かなくなる。一方、第1のy
方向駆動線11を構成する導電体層11bへの電流供給
を行っていないので、記憶担体13には、第1のy方向
駆動線11からの駆動作用A1が働く。このとき、第1
のy方向駆動線11から記憶担体13に対して働く駆動
作用A1が、記憶担体13の保磁力を超えないようにし
ておく。第1のy方向駆動線11からの駆動作用A1が
記憶担体13の保磁力を超えないようになされていれ
ば、図6(b)に示すように、第2のy方向駆動線12
からの駆動作用A2が働かなくなっても、記憶担体13
の磁化方向M1は+x方向(図中右方向)のまま保持さ
れる。Next, as shown in FIG. 6B, when the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is in the + x direction (right direction in the figure), the current supply to the x-direction drive line 14 and the first The current is not supplied to the first conductive layer 11b constituting the y-direction drive line 11, and the second conductor constituting the second y-direction drive line 12 is not supplied.
Shows a state in which a current is supplied only to the conductive layer 12b. At this time, the driving action A2 from the second y-direction driving line 12 to the storage carrier 13 does not work. On the other hand, the first y
Since the current is not supplied to the conductor layer 11b constituting the direction drive line 11, the drive action A1 from the first y-direction drive line 11 acts on the storage carrier 13. At this time, the first
The drive action A1 acting on the storage carrier 13 from the y-direction drive line 11 does not exceed the coercive force of the storage carrier 13. If the driving action A1 from the first y-direction drive line 11 does not exceed the coercive force of the storage carrier 13, then as shown in FIG.
Even if the drive action A2 from
Is maintained in the + x direction (right direction in the figure).
【0074】つぎに、図6(c)に、記憶担体13の磁
化方向M1が+x方向(図中右方向)となっていたとき
に、第1のy方向駆動線11を構成する第1の導電体層
11bへの電流供給は行わずに、x方向駆動線14に電
流を供給するとともに、第2のy方向駆動線12を構成
する第2の導電体層12bに電流を供給したときの状態
を示す。このときは、第2のy方向駆動線12から記憶
担体13への駆動作用A2が働かなくなる。一方、第1
のy方向駆動線11を構成する導電体層11bへの電流
供給を行っていないので、記憶担体13には、第1のy
方向駆動線11からの駆動作用A1が働く。また、x方
向駆動線14に電流を供給しているので、x方向駆動線
14に電流を流すことにより発生するy方向の磁界A3
が記憶担体13に作用する。Next, as shown in FIG. 6C, when the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is in the + x direction (right direction in the figure), the first y-direction drive line 11 constituting the first y-direction drive line 11 is formed. When supplying current to the x-direction drive line 14 without supplying current to the conductor layer 11b and supplying current to the second conductor layer 12b constituting the second y-direction drive line 12, Indicates the status. At this time, the driving action A2 from the second y-direction driving line 12 to the storage carrier 13 does not work. Meanwhile, the first
No current is supplied to the conductor layer 11b constituting the y-direction drive line 11 of FIG.
The driving action A1 from the direction driving line 11 operates. Further, since the current is supplied to the x-direction drive line 14, the y-direction magnetic field A3 generated by flowing the current to the x-direction drive line 14 is generated.
Acts on the storage carrier 13.
【0075】このとき、第1のy方向駆動線11からの
駆動作用A1と、x方向駆動線14に電流を流すことに
より発生する磁界A3による作用との合計のベクトル
は、記憶担体13の磁化容易軸からずれた方向を向くこ
ととなり、磁化容易軸に対して平行に働く作用に比べ
て、より小さな磁界強度で記憶担体13に磁化反転を生
じさせることができる。そして、記憶担体13は、この
ように第1のy方向駆動線11からの駆動作用A1と、
x方向駆動線14に電流を流すことにより発生する磁界
A3による作用との両方があるときに、磁化反転が生じ
るようにしておく。その結果、図6(c)に示すよう
に、記憶担体13の磁化方向M1は+x方向(図中右方
向)から−x方向(図中左方向)に反転し、記憶担体1
3の磁化方向M1が、第1のy方向駆動線11からの駆
動作用A1の方向に揃うこととなる。At this time, the total vector of the drive action A1 from the first y-direction drive line 11 and the action by the magnetic field A3 generated by flowing a current through the x-direction drive line 14 is the magnetization vector of the storage carrier 13. Since the direction is shifted from the easy axis, the magnetization reversal can be caused in the storage carrier 13 with a smaller magnetic field intensity as compared with the action acting in parallel to the easy axis. Then, the storage carrier 13 thus has a driving action A1 from the first y-direction driving line 11,
When both the action by the magnetic field A3 generated by flowing the current through the x-direction drive line 14 is present, the magnetization reversal is caused to occur. As a result, as shown in FIG. 6C, the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is reversed from the + x direction (right direction in the drawing) to the −x direction (left direction in the drawing),
The magnetization direction M1 of No. 3 is aligned with the direction of the driving action A1 from the first y-direction driving line 11.
【0076】その後、x方向駆動線14への電流供給、
及び第2の導電体層12bへの電流供給を止めても、−
x方向に反転した記憶担体13の磁化方向M1はそのま
ま保持される。x方向駆動線14への電流供給、及び第
2の導電体層12bへの電流供給を止めると、第1のy
方向駆動線11からの駆動作用A1と、第2のy方向駆
動線12からの駆動作用A2との両方が働く状態となる
が、第1のy方向駆動線11からの駆動作用A1の方向
と、第2のy方向駆動線12からの駆動作用A2の方向
とは互いに逆向きであるので、これらの駆動作用A1,
A2は相殺される。そのため、記憶担体13の磁化方向
M1は、記憶担体自身の一軸磁気異方性によって安定化
されて、それまでの状態(ここでは、記憶担体13の磁
化方向が−x方向を向いている状態)がそのまま保持さ
れる。Thereafter, a current is supplied to the x-direction drive line 14,
And when the current supply to the second conductor layer 12b is stopped,
The magnetization direction M1 of the storage carrier 13 inverted in the x direction is kept as it is. When the current supply to the x-direction drive line 14 and the current supply to the second conductor layer 12b are stopped, the first y
Both the drive action A1 from the directional drive line 11 and the drive action A2 from the second y-direction drive line 12 are in a state where they are in operation. , Since the directions of the driving action A2 from the second y-direction driving line 12 are opposite to each other, these driving actions A1,
A2 is offset. Therefore, the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is stabilized by the uniaxial magnetic anisotropy of the storage carrier itself, and the state up to that point (here, the magnetization direction of the storage carrier 13 is in the −x direction). Is kept as it is.
【0077】つぎに、図6(d)に、記憶担体13の磁
化方向M1が−x方向(図中左方向)となっているとき
に、x方向駆動線14への電流供給、及び第2のy方向
駆動線12を構成する第2の導電体層12bへの電流供
給は行わずに、第1のy方向駆動線11を構成する第1
の導電体層11bにだけ電流を供給したときの状態を示
す。このときは、第1のy方向駆動線11から記憶担体
13への駆動作用A1が働かなくなる。一方、第2のy
方向駆動線12を構成する導電体層12bへの電流供給
を行っていないので、記憶担体13には、第2のy方向
駆動線12からの駆動作用A2が働く。このとき、第2
のy方向駆動線12から記憶担体13に対して働く駆動
作用A2が、記憶担体13の保磁力を超えないようにし
ておく。第2のy方向駆動線12からの駆動作用A2が
記憶担体13の保磁力を超えないようになされていれ
ば、図6(d)に示すように、第1のy方向駆動線11
からの駆動作用A1が働かなくなっても、記憶担体13
の磁化方向M1は−x方向(図中左方向)のまま保持さ
れる。Next, as shown in FIG. 6D, when the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is in the −x direction (left direction in the figure), the current supply to the x-direction drive line 14 and the second No current is supplied to the second conductive layer 12b constituting the y-direction drive line 12 of FIG.
Shows a state in which a current is supplied only to the conductive layer 11b. At this time, the driving action A1 from the first y-direction driving line 11 to the storage carrier 13 does not work. On the other hand, the second y
Since the current is not supplied to the conductor layer 12b constituting the direction drive line 12, the drive action A2 from the second y-direction drive line 12 acts on the storage carrier 13. At this time, the second
The drive action A2 acting on the storage carrier 13 from the y-direction drive line 12 does not exceed the coercive force of the storage carrier 13. If the driving action A2 from the second y-direction drive line 12 is set so as not to exceed the coercive force of the storage carrier 13, the first y-direction drive line 11 as shown in FIG.
Even if the driving action A1 from
Is maintained in the −x direction (left direction in the figure).
【0078】つぎに、図6(e)に、記憶担体13の磁
化方向M1が−x方向(図中左方向)となっていたとき
に、第2のy方向駆動線12を構成する第2の導電体層
12bへの電流供給は行わずに、x方向駆動線14に電
流を供給するとともに、第1のy方向駆動線11を構成
する第1の導電体層11bに電流を供給したときの状態
を示す。このときは、第1のy方向駆動線11から記憶
担体13への駆動作用A1が働かなくなる。一方、第2
のy方向駆動線12を構成する導電体層12bへの電流
供給を行っていないので、記憶担体13には、第2のy
方向駆動線12からの駆動作用A2が働く。また、x方
向駆動線14に電流を供給しているので、x方向駆動線
14に電流を流すことにより発生するy方向の磁界A3
が記憶担体13に作用する。Next, as shown in FIG. 6E, when the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is in the −x direction (left direction in the figure), the second y-direction drive line 12 When the current is supplied to the x-direction drive line 14 without supplying the current to the conductor layer 12b, and the current is supplied to the first conductor layer 11b constituting the first y-direction drive line 11. The state of is shown. At this time, the driving action A1 from the first y-direction driving line 11 to the storage carrier 13 does not work. On the other hand, the second
Current is not supplied to the conductive layer 12b constituting the y-direction drive line 12 of FIG.
The driving action A2 from the direction driving line 12 operates. Further, since the current is supplied to the x-direction drive line 14, the y-direction magnetic field A3 generated by flowing the current to the x-direction drive line 14 is generated.
Acts on the storage carrier 13.
【0079】このとき、第2のy方向駆動線12からの
駆動作用A2と、x方向駆動線14に電流を流すことに
より発生する磁界A3による作用との合計のベクトル
は、記憶担体13の磁化容易軸からずれた方向を向くこ
ととなり、磁化容易軸に対して平行に働く作用に比べ
て、より小さな磁界強度で記憶担体13に磁化反転を生
じさせることができる。そして、記憶担体13は、この
ように第2のy方向駆動線12からの駆動作用A2と、
x方向駆動線14に電流を流すことにより発生する磁界
A3による作用との両方があるときに、磁化反転が生じ
るようにしておく。その結果、図6(e)に示すよう
に、記憶担体13の磁化方向M1は−x方向(図中左方
向)から+x方向(図中右方向)に反転し、記憶担体1
3の磁化方向M1が、第2のy方向駆動線12からの駆
動作用A2の方向に揃うこととなる。At this time, the total vector of the driving action A2 from the second y-direction drive line 12 and the action by the magnetic field A3 generated by flowing the current through the x-direction drive line 14 is the magnetization vector of the storage carrier 13. Since the direction is shifted from the easy axis, the magnetization reversal can be caused in the storage carrier 13 with a smaller magnetic field intensity as compared with the action acting in parallel to the easy axis. Then, the storage carrier 13 thus has a driving action A2 from the second y-direction driving line 12,
When both the action by the magnetic field A3 generated by flowing the current through the x-direction drive line 14 is present, the magnetization reversal is caused to occur. As a result, as shown in FIG. 6E, the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is reversed from the −x direction (left direction in the drawing) to the + x direction (right direction in the drawing).
The magnetization direction M1 of No. 3 is aligned with the direction of the driving action A2 from the second y-direction driving line 12.
【0080】その後、x方向駆動線14への電流供給、
及び第1の導電体層11bへの電流供給を止めても、+
x方向に反転した記憶担体13の磁化方向M1は、その
まま保持される。x方向駆動線14への電流供給、及び
第1の導電体層11bへの電流供給を止めると、第1の
y方向駆動線11からの駆動作用A1と、第2のy方向
駆動線12からの駆動作用A2との両方が働く状態とな
るが、第1のy方向駆動線11からの駆動作用A1の方
向と、第2のy方向駆動線12からの駆動作用A2の方
向とは互いに逆向きであるので、これらの駆動作用A
1,A2は相殺される。そのため、記憶担体13の磁化
方向M1は、記憶担体自身の一軸磁気異方性によって安
定化されて、それまでの状態(ここでは、記憶担体13
の磁化方向が+x方向を向いている状態)がそのまま保
持される。Thereafter, a current is supplied to the x-direction drive line 14,
And when the current supply to the first conductive layer 11b is stopped,
The magnetization direction M1 of the storage carrier 13 inverted in the x direction is kept as it is. When the current supply to the x-direction drive line 14 and the current supply to the first conductor layer 11b are stopped, the drive action A1 from the first y-direction drive line 11 and the drive action A1 from the second y-direction drive line 12 And the direction of the driving action A1 from the first y-direction driving line 11 and the direction of the driving action A2 from the second y-direction driving line 12 are opposite to each other. The driving action A
1, A2 are offset. Therefore, the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 is stabilized by the uniaxial magnetic anisotropy of the storage carrier itself, and the state up to that point (here, the storage carrier 13
(A state in which the magnetization direction is in the + x direction).
【0081】以上のように、このメモリセル10では、
第1のy方向駆動線11を構成する第1の導電体層11
bへの電流供給のON/OFFや、第2のy方向駆動線
12を構成する第2の導電体層12bへの電流供給のO
N/OFFや、x方向駆動線14への電流供給のON/
OFFを切り換えることにより、記憶担体13の磁化方
向M1を反転させることが可能となっており、記憶担体
13の磁化の向きにより、二値の記録を行うことが可能
となっている。しかも、このメモリセル10では、記憶
担体13の磁化方向M1を繰り返し反転させることが可
能であり、記録した情報の書き換えを繰り返し行うこと
が可能となっている。さらに、このメモリセル10は、
記憶担体13の磁化方向M1を保持するために、第1の
導電体層11bや第2の導電体層12bやx方向駆動線
14に電流を供給する必要がなく、不揮発性のメモリと
なっている。As described above, in this memory cell 10,
First conductor layer 11 constituting first y-direction drive line 11
b and ON / OFF of the current supply to the second conductor layer 12b constituting the second y-direction drive line 12.
N / OFF, ON / OFF of current supply to the x-direction drive line 14
By switching OFF, the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 can be reversed, and binary recording can be performed depending on the magnetization direction of the storage carrier 13. Moreover, in the memory cell 10, the magnetization direction M1 of the storage carrier 13 can be repeatedly inverted, and the recorded information can be repeatedly rewritten. Further, the memory cell 10
In order to maintain the magnetization direction M1 of the storage carrier 13, there is no need to supply a current to the first conductor layer 11b, the second conductor layer 12b, and the x-direction drive line 14, and the memory becomes a nonvolatile memory. I have.
【0082】4−2−3 マトリクス型アドレッシング 以上のようなメモリセル10では、第1のy方向駆動線
11、第2のy方向駆動線12及びx方向駆動線14の
3つが、記憶担体13の磁化方向M1を反転させるため
の駆動源となるが、一つの駆動源だけでは記憶担体13
に磁化反転を生じさせることはできず、二つの駆動源が
同時にONになったときに、記憶担体13に磁化反転が
生じる。したがって、細長い直線状に形成したy方向駆
動線11,12及びx方向駆動線14を基板上に縦横に
複数配置し、それらが交差する位置にそれぞれ図5及び
図6に示したようなメモリセル10を配置すれば、多数
個のメモリセル10を集積配列した磁気記憶装置とする
ことができる。 4-2-3 Matrix Addressing In the memory cell 10 described above, three of the first y-direction drive line 11, the second y-direction drive line 12, and the x-direction drive line 14 correspond to the storage carrier 13 Is a driving source for reversing the magnetization direction M1 of the storage medium 13 with only one driving source.
Cannot be reversed, and when the two driving sources are simultaneously turned on, the magnetization reversal occurs in the storage carrier 13. Therefore, a plurality of elongated y-direction drive lines 11, 12 and x-direction drive lines 14 are arranged vertically and horizontally on the substrate, and the memory cells as shown in FIG. 5 and FIG. By arranging 10, a magnetic storage device in which a large number of memory cells 10 are arranged in an integrated manner can be obtained.
【0083】すなわち、第1及び第2のy方向駆動線1
1,12を、それらの長手方向が互いに平行となるよう
に複数配置するとともに、x方向駆動線14を、第1及
び第2のy方向駆動線11,12の長手方向に対して直
交するように複数配置し、記憶担体13を、第1及び第
2のy方向駆動線11,12と、x方向駆動線14との
交点に対応する位置にそれぞれ配置することで、図23
に示した従来の固体磁気メモリと同様に単純なマトリク
ス配置で任意のメモリセルを選択して書き込むことが可
能なアドレス機能をもつ交換結合型固体磁気メモリ(す
なわち、マトリクス型アドレッシング機能を有する交換
結合型固体磁気メモリ)を構成することができる。That is, the first and second y-direction drive lines 1
1 and 12 are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other, and the x-direction drive line 14 is orthogonal to the longitudinal direction of the first and second y-direction drive lines 11 and 12. 23, by arranging a plurality of storage carriers 13 at positions corresponding to the intersections of the first and second y-direction drive lines 11 and 12 and the x-direction drive line 14, respectively.
As in the conventional solid-state magnetic memory described above, an exchange-coupled solid-state magnetic memory having an address function capable of selecting and writing an arbitrary memory cell in a simple matrix arrangement (that is, an exchange-coupled solid-state magnetic memory having a matrix-type addressing function). Type solid-state magnetic memory).
【0084】具体的には例えば、図7に示すように、複
数の第1のy方向駆動線11A,11B,・・・と、複
数の第2のy方向駆動線12A,12B,・・・とを、
第1のy方向駆動線と第2のy方向駆動線とをそれぞれ
組み合わせてy方向に平行に複数配置する。すなわち、
第1のy方向駆動線11Aと第2のy方向駆動線12A
との組み合わせ21A,第1のy方向駆動線11Bと第
2のy方向駆動線12Bとの組み合わせ21B,・・・
を、y方向に平行に配置する。また、複数のx方向駆動
線14A,14B,14C,・・・をx方向に平行に配
置する。そして、それらの交差部分に記憶担体13A−
1,13A−2,・・・,13B−1,13B−2,・
・・,13C−1,13C−2,・・・をそれぞれ配置
する。Specifically, for example, as shown in FIG. 7, a plurality of first y-direction drive lines 11A, 11B,... And a plurality of second y-direction drive lines 12A, 12B,. And
A plurality of first y-direction drive lines and a plurality of second y-direction drive lines are arranged in parallel in the y-direction. That is,
First y-direction drive line 11A and second y-direction drive line 12A
21A, a combination 21B of the first y-direction drive line 11B and the second y-direction drive line 12B,.
Are arranged parallel to the y direction. Further, a plurality of x-direction drive lines 14A, 14B, 14C,... Are arranged in parallel in the x-direction. And the storage carrier 13A-
1, 13A-2, ..., 13B-1, 13B-2, ...
..., 13C-1, 13C-2, ... are arranged respectively.
【0085】そして、例えば、一本のy方向駆動線11
Aと一本のx方向駆動線14Bとを選び両方に同時に適
切な電流I1,I2をそれぞれ供給すると、これら2本の
線の交点にある記憶担体13B−1のみに磁化反転が生
じる。このとき、電流が供給されるy方向駆動線11A
及びx方向駆動線14Bは、いずれもそれらに沿って配
置された複数の記憶担体に対して駆動作用を働かせるこ
ととなるが、y方向駆動線11Aとx方向駆動線14B
のいずれか一方からの駆動作用だけでは磁化反転を生じ
させるには不足である。そして、y方向駆動線11Aに
電流を流すことによって生じる駆動作用と、x方向駆動
線14Bに電流を流すことによって生じる駆動作用とが
合成されて、記憶担体13に対する駆動作用が磁化容易
軸から45゜の方向となる場合にのみ(すなわち、図7
の例では記憶担体13B−1にのみ)、磁化反転が起こ
る。Then, for example, one y-direction drive line 11
When A and one x-direction drive line 14B are selected and the appropriate currents I 1 and I 2 are supplied to both at the same time, magnetization reversal occurs only in the storage carrier 13B-1 at the intersection of these two lines. At this time, the y-direction drive line 11A to which the current is supplied
The x-direction drive line 14B and the x-direction drive line 14B exert a drive action on a plurality of storage carriers arranged along the y-direction drive line 11A and the x-direction drive line 14B.
Is not enough to cause magnetization reversal. Then, a driving action caused by passing a current through the y-direction driving line 11A and a driving action caused by passing a current through the x-direction driving line 14B are combined, so that the driving action on the storage carrier 13 is 45 degrees from the easy axis. Only when the direction is ゜ (that is, FIG.
In the example of (1), magnetization reversal occurs only in the storage carrier 13B-1).
【0086】以上のようにして交換結合型固体磁気メモ
リにおけるマトリクス型アドレッシングを実現すること
により、個々のメモリセルに非線形素子や選択トランジ
スタ等を付属させることなく、図23に示した従来の固
体磁気メモリと同様に単純な構成で、任意のメモリセル
への書き込みが可能となる。By implementing matrix type addressing in the exchange-coupled solid-state magnetic memory as described above, the conventional solid-state magnetic memory shown in FIG. With a simple configuration like a memory, writing to any memory cell is possible.
【0087】このような交換結合型固体磁気メモリは、
マトリクス型アドレッシングを採用しても、非線形素子
や選択トランジスタ等を使用する必要がないので、金属
材料や絶縁材料だけで構成することが可能であり、汚染
に敏感な半導体を使う必要がない。そして、金属材料や
絶縁材料だけで構成した場合には、汚染に敏感な半導体
を使わないので、製造工程を大幅に簡易化することがで
きるという利点もある。Such an exchange-coupled solid-state magnetic memory has the following features.
Even if the matrix type addressing is adopted, since it is not necessary to use a non-linear element or a selection transistor, it is possible to use only a metal material or an insulating material, and it is not necessary to use a semiconductor sensitive to contamination. In the case of using only a metal material or an insulating material, there is also an advantage that a manufacturing process can be greatly simplified because a semiconductor sensitive to contamination is not used.
【0088】5.本発明を適用した交換結合型固体磁気
メモリの具体的な実施の形態 5−1 全体的な構成 記憶担体として、基板上に形成された複数の磁性薄膜の
配列を用いる。また、個別の記憶担体を選んで、交換結
合型固体磁気メモリの外部からその一個だけを対象に書
込み動作を達成するための作用を記憶担体に伝達するア
ドレッシングのための伝送線路として、複数の駆動線を
基板上に配置する。なるべく少ない本数の駆動線で効果
的なアドレッシングを達成するために、複数の駆動線の
組(例えば、x方向に走る駆動線の組と、y方向に走る
駆動線の組)を設け、それぞれの組の駆動線が交差して
成す格子点の位置に記憶担体を配置する。[0088] 5. Exchange coupled solid state magnet to which the present invention is applied
Specific Embodiment 5-1 of Memory An array of a plurality of magnetic thin films formed on a substrate is used as an overall configuration storage carrier. In addition, a plurality of drive lines are used as addressing transmission lines for selecting an individual storage carrier and transmitting an operation for achieving a write operation to only one of the exchange-coupled solid-state magnetic memories to the storage carrier. Place the lines on the substrate. In order to achieve effective addressing with as few drive lines as possible, a plurality of drive line sets (for example, a set of drive lines running in the x direction and a set of drive lines running in the y direction) are provided. The storage carrier is arranged at a position of a lattice point formed by the intersection of the set of drive lines.
【0089】5−2 利用しうる交換結合の機構 駆動線から記憶担体に駆動力を伝える交換相互作用が生
じる機構には以下のようにさまざまな起源がある。また
それぞれ交換相互作用の大きさを外部から制御するのに
適した入力方式がある。 5-2 Available Exchange Coupling Mechanisms There are various origins of the mechanism in which the exchange interaction for transmitting the driving force from the drive line to the storage carrier occurs as follows. There are also input methods suitable for externally controlling the magnitude of the exchange interaction.
【0090】5−2−1 半導体層を介した磁気的結合 磁性体に接触する半導体中のキャリアは、磁性体からの
距離とともに振動的に減衰するスピン密度分布をもち、
その偏極(キャリアの平均スピンの零からのずれ)がお
よぶ距離にある別の磁性イオン又は磁性体との間に、磁
気的な相互作用(RKKY相互作用)を生じる。この相
互作用によって、半導体層で分けられたふたつの磁性層
の間に交換結合が得られる。 5-2-1 Magnetic Coupling via a Semiconductor Layer The carrier in the semiconductor that comes into contact with the magnetic material has a spin density distribution that attenuates vibrationally with distance from the magnetic material,
A magnetic interaction (RKKY interaction) occurs with another magnetic ion or magnetic substance within a distance that the polarization (shift of the average spin of the carrier from zero) extends. This interaction results in exchange coupling between the two magnetic layers separated by the semiconductor layer.
【0091】この磁気的相互作用の大きさや距離にとも
なう振動の周期は、キャリア密度に依存する。また、半
導体のキャリア密度は、電気刺激(電圧印加、電流注入
など)又は光照射などの外部刺激によって変えることが
できる。したがって、半導体層に外部刺激を与えること
で、上下の磁性層の磁気的結合を変化させることができ
る。そこで、例えば、図8に示すように、半導体層31
を介して、磁化方向を固定した磁性金属薄膜32と、磁
化方向が可動な磁性金属薄膜33とを対向配置して、電
圧のON/OFFを切り換えることにより、磁性金属薄
膜33の磁化ベクトルを反転させるような駆動力を生じ
させることができる。[0091] The period of the vibration according to the magnitude and distance of the magnetic interaction depends on the carrier density. In addition, the carrier density of the semiconductor can be changed by an external stimulus such as electrical stimulation (voltage application, current injection, or the like) or light irradiation. Therefore, by applying an external stimulus to the semiconductor layer, the magnetic coupling between the upper and lower magnetic layers can be changed. Therefore, for example, as shown in FIG.
, A magnetic metal thin film 32 having a fixed magnetization direction and a magnetic metal thin film 33 having a movable magnetization direction are arranged to face each other, and by switching ON / OFF of a voltage, the magnetization vector of the magnetic metal thin film 33 is inverted. Driving force can be generated.
【0092】特に、半導体層を介する磁気的結合では、
スピン密度分布の振動的性質のおかげで、磁気的結合の
強さのみならず、磁気的結合の符号が変わる可能性もあ
る。すなわち、半導体層を介した磁気的結合の場合に
は、上下の磁性層の磁化が平行(強磁性的)に揃いやす
いか、反平行(反強磁性的)に揃いやすいかを、半導体
層に与える外部刺激で制御できる可能性がある。このよ
うに駆動方向を反転させることが可能な駆動線を用いれ
ば、例えば、図5に示したメモリセルにおける2本の駆
動線(第1及び第2のy方向駆動線11,12)の機能
を、1本の駆動線で実現できる。したがって、例えばメ
モリセルが縦方向にm個、横方向にn個存在する場合、
図23に示した従来の固体磁気メモリと同様に、m+n
本の駆動線だけで、マトリクス型アドレッシングが達成
される。In particular, in magnetic coupling via a semiconductor layer,
Due to the oscillatory nature of the spin density distribution, not only the strength of the magnetic coupling but also the sign of the magnetic coupling may change. In other words, in the case of magnetic coupling via the semiconductor layer, it is determined whether the magnetization of the upper and lower magnetic layers is likely to be parallel (ferromagnetic) or antiparallel (antiferromagnetic). It may be possible to control with external stimulus given. By using a drive line capable of reversing the drive direction in this manner, for example, the functions of the two drive lines (first and second y-direction drive lines 11 and 12) in the memory cell shown in FIG. Can be realized by one drive line. Therefore, for example, when there are m memory cells in the vertical direction and n memory cells in the horizontal direction,
As in the conventional solid-state magnetic memory shown in FIG.
With only one drive line, matrix addressing is achieved.
【0093】5−2−2 誘電体層を介した磁気的結合 誘電体層を介して、磁性層間に交換結合を持たせること
もできる。このとき、磁性層間の交換結合は、両磁性層
を結ぶトンネル電子によって媒介される。そこで、例え
ば、図9に示すように、誘電体層41を介して、磁化方
向を固定した磁性金属薄膜42と、磁化方向が可動な磁
性金属薄膜43とを対向配置して、金属磁性薄膜42,
43又はそれらとは別に設けた電極から電圧を印加し
て、積層構造のポテンシャル分布を変えると、誘電体層
41を透過する電子のトンネル確率が変わり、金属磁性
薄膜42と金属磁性薄膜43との間の交換結合が変化す
る。これを磁化方向を反転させる駆動力とすることがで
きる。 5-2-2 Magnetic Coupling via Dielectric Layer An exchange coupling may be provided between the magnetic layers via the dielectric layer. At this time, exchange coupling between the magnetic layers is mediated by tunnel electrons connecting both magnetic layers. Therefore, for example, as shown in FIG. 9, a magnetic metal thin film 42 having a fixed magnetization direction and a magnetic metal thin film 43 having a movable magnetization direction are arranged to face each other via a dielectric layer 41, ,
When a voltage is applied from the electrode 43 or an electrode provided separately therefrom to change the potential distribution of the laminated structure, the tunnel probability of electrons passing through the dielectric layer 41 changes, and the metal magnetic thin film 42 and the metal magnetic thin film 43 The exchange coupling between them changes. This can be used as a driving force for reversing the magnetization direction.
【0094】なお、図10に示すように、複数の誘電体
層41a,41bを形成した場合には、複数のポテンシ
ャル障壁をもつ構造となる。そして、複数のポテンシャ
ル障壁をもつ構造を電子が透過する確率は、障壁の間に
作られるポテンシャル井戸を共鳴的に透過するエネルギ
ーを電子が持つ場合に、著しい極大を示す。この共鳴と
非共鳴の間で、電子のエネルギー又は構造のポテンシャ
ル分布を変化させると、外部からの比較的小さな電気刺
激によって、大きなトンネル確率の変化を起こすことが
でき、その結果、トンネル電子による交換結合に大きな
変化を起こすことができる。When a plurality of dielectric layers 41a and 41b are formed as shown in FIG. 10, the structure has a plurality of potential barriers. The probability that electrons pass through a structure having a plurality of potential barriers shows a remarkable maximum when the electrons have energy that resonates through a potential well formed between the barriers. If the energy distribution of the electrons or the potential distribution of the structure is changed between the resonance and the non-resonance, a relatively small external electrical stimulus can cause a large change in the tunnel probability, and as a result, the exchange by the tunnel electrons can occur. Significant changes in binding can occur.
【0095】5−2−3 導電体層を介した結合 非磁性金属などからなる導電体層においてもRKKY相
互作用は共通にあり、これを介して磁性層間に磁気的結
合を得ることができる。もっとも、導電体はキャリア数
が多くかつ緩和時間も短いので、半導体でのように外部
刺激によってキャリア数を変えることは容易でなく、し
たがって、磁気結合の変調も困難である。しかしなが
ら、材料の構造を工夫することによって、磁気結合の変
調を実現することができる。 5-2-3 Coupling via Conductor Layer Even in a conductor layer made of a nonmagnetic metal or the like, RKKY interaction is common, and magnetic coupling can be obtained between the magnetic layers via this. However, since the conductor has a large number of carriers and a short relaxation time, it is not easy to change the number of carriers by an external stimulus like a semiconductor, and it is therefore difficult to modulate the magnetic coupling. However, modulation of magnetic coupling can be realized by devising the structure of the material.
【0096】例えば、磁性層間に、Cr/Fe−Agの
積層膜からなる結合制御層を配して、当該結合制御層に
電流を供給することで、磁性層間の磁気結合を切ること
ができる。なお、図3に示した構造は、このような原理
の利用例に対応するものである。なお、これは導電体を
用いた例であるとともに、5−2−4節で述べる複合材
料を利用した例にも該当する。このように電流で制御さ
れる方式は、電気容量によって動作速度を制限されるこ
とがなく、高耐圧の絶縁材料が要らないなどの利点をも
つ。For example, a magnetic coupling between magnetic layers can be cut off by disposing a coupling control layer composed of a laminated film of Cr / Fe-Ag between magnetic layers and supplying a current to the coupling control layer. The structure shown in FIG. 3 corresponds to an example of using such a principle. Note that this is an example using a conductor and also corresponds to an example using a composite material described in section 5-2-4. The method of controlling by current in this way has advantages that the operation speed is not limited by the electric capacity and a high-breakdown-voltage insulating material is not required.
【0097】5−2−4 複合材料を介した結合 単相の材料ではなく、図11や図12に示すような複合
材料を、磁性層間の磁気的結合を制御する結合制御層に
用いても、磁気結合を伝搬し、かつ当該結合の強さを外
部刺激によって変化させる制御が可能となる。 5-2-4 Coupling via Composite Material Instead of a single-phase material, a composite material as shown in FIGS. 11 and 12 may be used for a coupling control layer for controlling magnetic coupling between magnetic layers. In addition, it is possible to control to propagate the magnetic coupling and change the strength of the coupling by an external stimulus.
【0098】なお、図11は、磁性層51と非強磁性層
52とが積層されてなる多層構造の結合制御層を示す図
である。ここで、多層構造の構成要素として、磁性層5
1には 例えば、Fe,Co,Ni等の強磁性金属、又
はそれらを非磁性金属で希釈した合金などを用いること
ができる。また、非強磁性層52には Ti,V,M
n,Cu,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Pd,A
g,Hf,Ta,W,Re,Ir,Pt,Auなど、殆
どの金属が使用可能である。なお、室温でそれ自身が反
強磁性であるCr等も、非強磁性層52に使い得る。得
られる結合が強磁性的か反強磁性的か、或いはその強度
などについては、積層の相手となる磁性体の種類や非強
磁性層52の厚さなどによって、さまざまな設計の可能
性を与える。FIG. 11 shows a coupling control layer having a multilayer structure in which a magnetic layer 51 and a non-ferromagnetic layer 52 are laminated. Here, the magnetic layer 5 is used as a component of the multilayer structure.
For example, a ferromagnetic metal such as Fe, Co, or Ni, or an alloy obtained by diluting them with a non-magnetic metal can be used as 1. The non-ferromagnetic layer 52 includes Ti, V, M
n, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, A
Most metals such as g, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, and Au can be used. Note that Cr or the like, which itself is antiferromagnetic at room temperature, can also be used for the non-ferromagnetic layer 52. Whether the obtained coupling is ferromagnetic or antiferromagnetic, or its strength, etc., gives various design possibilities depending on the kind of the magnetic material to be laminated and the thickness of the non-ferromagnetic layer 52. .
【0099】また、積層構造のほかに、図12に示すよ
うな微粒子分散構造も結合制御層として利用することが
できる。この結合制御層は、Fe等からなる強磁性微粒
子53が、Ag等からなる非磁性体54の内部に分散し
た構造とされている。このとき、磁気的結合は、強磁性
微粒子53を飛び石のようにして伝わり、その結果、当
該結合制御層の上下に配された磁性層が磁気的に結合す
ることとなる。In addition to the lamination structure, a fine particle dispersion structure as shown in FIG. 12 can also be used as the binding control layer. This coupling control layer has a structure in which ferromagnetic fine particles 53 made of Fe or the like are dispersed inside a nonmagnetic material 54 made of Ag or the like. At this time, the magnetic coupling propagates through the ferromagnetic fine particles 53 like a stepping stone, and as a result, the magnetic layers disposed above and below the coupling control layer are magnetically coupled.
【0100】このとき、強磁性微粒子間の磁気的結合は
非常に弱く、当該磁気的結合は、電流が流れると過剰な
電子散乱や温度上昇などによって分断されやすい。すな
わち、微粒子分散構造の結合制御層の場合、その上下に
配された磁性層間の磁気的結合は、強磁性微粒子間の微
弱な磁気的結合に依存しており、結合制御層に流れる電
流によってマクロな磁気的結合が分断されやすい。At this time, the magnetic coupling between the ferromagnetic fine particles is very weak, and the magnetic coupling is likely to be broken by excessive electron scattering or temperature rise when a current flows. That is, in the case of the coupling control layer having a fine particle dispersion structure, the magnetic coupling between the magnetic layers disposed above and below the magnetic layer depends on the weak magnetic coupling between the ferromagnetic fine particles. Easy magnetic coupling is easily broken.
【0101】なお、このような微粒子分散構造は、積層
構造の一要素として用いることもできる。例えば、後述
する交換結合型固体磁気メモリでは、結合制御層にCr
/Fe−Ag膜を用いるが、このFe−Ag膜は、非固
溶の2相混合系材料からなるので、正確には、微粒子分
散構造になっているとも言える。Incidentally, such a fine particle dispersion structure can also be used as an element of a laminated structure. For example, in an exchange-coupling-type solid-state magnetic memory described later, the coupling control layer
Although a Fe / Ag film is used, since the Fe-Ag film is made of a non-solid solution two-phase mixed material, it can be said that the Fe-Ag film has a fine particle dispersed structure.
【0102】なお、結合制御層に、磁性体を含有する複
合材料を用いる場合には、複合材料中の磁性体を媒介と
して磁気的結合が間接的に結合するので、結合制御層の
膜厚を比較的に厚くすることができる。そこで、結合制
御層に、磁性体を含有する複合材料を用いる場合には、
その膜厚は10nm以上とすることが好ましい。膜厚が
10nm以上であれば、結合制御層の厚さが薄すぎるた
めに作製が困難であるという問題などを回避することが
できる。When a composite material containing a magnetic substance is used for the coupling control layer, the magnetic coupling is indirectly mediated by the magnetic substance in the composite material. It can be relatively thick. Therefore, when using a composite material containing a magnetic material for the coupling control layer,
The thickness is preferably 10 nm or more. When the film thickness is 10 nm or more, it is possible to avoid the problem that the production is difficult because the thickness of the coupling control layer is too small.
【0103】なお、磁性体を含有する複合材料からなる
結合制御層の厚さの上限は特に規定されるものではない
が、実際に作製する際の製造プロセス等を考慮すると、
当該結合制御層の厚さは1μm程度以下とすることが望
ましい。Although the upper limit of the thickness of the coupling control layer made of a composite material containing a magnetic material is not particularly limited, considering the production process and the like in actual production,
It is desirable that the thickness of the coupling control layer be about 1 μm or less.
【0104】5−2−5 別種の磁性体を介した結合 磁気秩序が消失するキュリー温度が比較的低い材料や、
補償点付近の状態にあるフェリ磁性体も、外部刺激でマ
クロな磁気特性を顕著に変える。これを、磁性層間の磁
気的結合の変調に利用することも可能である。 5-2-5 A material having a relatively low Curie temperature at which the coupled magnetic order via another kind of magnetic substance disappears,
The ferrimagnetic material in the state near the compensation point also significantly changes the macro magnetic characteristics by the external stimulus. This can be used for modulation of magnetic coupling between magnetic layers.
【0105】5−2−6 外部の層から変調する方法 5−2−1節乃至5−2−5節において説明した交換結
合、並びに、Fe/Cr多層膜、Co/Cu多層膜、F
e/Au多層膜などで一般的に見られる非磁性金属を介
した交換結合において、磁性層の外側(磁性層間に配さ
れる中間層に接していない側)の界面、すなわち保護
層、下地層又は基板等と磁性層との界面に形成されるポ
テンシャル障壁の変調を利用する方法もある。この方法
を利用する場合の構造を一例を図13に示す。 5-2-6 Method of Modulating from External Layer Exchange coupling described in Sections 5-2-1 to 5-2-5, and a Fe / Cr multilayer film, a Co / Cu multilayer film, and a F
In exchange coupling via a non-magnetic metal generally found in e / Au multilayer films and the like, the interface outside the magnetic layer (the side not in contact with the intermediate layer disposed between the magnetic layers), that is, the protective layer and the underlayer Alternatively, there is a method that utilizes the modulation of a potential barrier formed at the interface between the substrate and the magnetic layer. FIG. 13 shows an example of a structure when this method is used.
【0106】図13に示す構造では、基板57上に積層
形成された磁性層58a、中間層59及び磁性層58b
を保護する保護層55として、半導体層55a及び金属
層55bからなる二層膜を用いている。半導体層55a
及び金属層55bは、その界面にショットキー障壁を形
成するような組み合わせのものから任意に選ばれる。シ
ョットキー障壁を形成するという条件を満たしていれ
ば、半導体層55aは、元素半導体、化合物半導体、酸
化物半導体、混晶半導体などいずれでもよく、また、金
属層55bは強磁性体でも非磁性体でも構わない。この
金属/半導体二層構造を「ショットキー障壁層」と呼ぶ
こととする。In the structure shown in FIG. 13, a magnetic layer 58a, an intermediate layer 59 and a magnetic layer 58b laminated on a substrate 57 are formed.
A two-layer film including a semiconductor layer 55a and a metal layer 55b is used as the protective layer 55 for protecting the semiconductor device. Semiconductor layer 55a
The metal layer 55b is arbitrarily selected from a combination that forms a Schottky barrier at the interface. As long as the condition for forming a Schottky barrier is satisfied, the semiconductor layer 55a may be any of an element semiconductor, a compound semiconductor, an oxide semiconductor, and a mixed crystal semiconductor, and the metal layer 55b may be a ferromagnetic material or a nonmagnetic material. But it doesn't matter. This metal / semiconductor two-layer structure is called a “Schottky barrier layer”.
【0107】このような構造において、ショットキー障
壁層上に電極56を形成し、図14に示すように、電極
56に電圧を印加すると、半導体層55aと金属層55
bとの界面に電界が発生し、これに伴うショットキー効
果によってポテンシャル障壁の高さが変化する。これに
伴って、半導体層55aと金属層55bの界面における
電子の反射率が変調を受け、その結果、基板57上に磁
性層58a、中間層59、磁性層58b、金属層55b
及び半導体層55aが積層されてなる構造全体における
中間層電子の干渉効果が変調される。これにより、磁性
層58aと磁性層58bとの磁気的結合が変調されるこ
ととなる。In such a structure, an electrode 56 is formed on the Schottky barrier layer, and as shown in FIG. 14, when a voltage is applied to the electrode 56, the semiconductor layer 55a and the metal layer 55
An electric field is generated at the interface with b, and the height of the potential barrier changes due to the resulting Schottky effect. Accordingly, the reflectance of electrons at the interface between the semiconductor layer 55a and the metal layer 55b is modulated, and as a result, the magnetic layer 58a, the intermediate layer 59, the magnetic layer 58b, and the metal layer 55b are formed on the substrate 57.
The interference effect of the electrons of the intermediate layer in the entire structure including the semiconductor layer 55a and the semiconductor layer 55a is modulated. Thereby, the magnetic coupling between the magnetic layers 58a and 58b is modulated.
【0108】すなわち、電極56に電圧を印加していな
い図13の状態では、半導体層55aと金属層55bと
の間のショットキー障壁が高く、磁性層58aの磁化方
向と磁性層58bの磁化方向とが、図中の矢印に示すよ
うに反平行状態となっているのに対して、電極56に電
圧を印加した図14の状態では、半導体層55aと金属
層55bとの間のショットキー障壁が低くなり、その結
果、磁性層58aと磁性層58bの間の交換結合の符号
が変化し、磁性層58aの磁化方向と磁性層58bの磁
化方向とが、図中の矢印に示すように平行状態となる。That is, in the state of FIG. 13 in which no voltage is applied to the electrode 56, the Schottky barrier between the semiconductor layer 55a and the metal layer 55b is high, and the magnetization directions of the magnetic layer 58a and the magnetic layer 58b are changed. Are in an anti-parallel state as shown by an arrow in the figure, whereas in the state of FIG. 14 in which a voltage is applied to the electrode 56, a Schottky barrier between the semiconductor layer 55a and the metal layer 55b is formed. As a result, the sign of the exchange coupling between the magnetic layer 58a and the magnetic layer 58b changes, and the magnetization direction of the magnetic layer 58a and the magnetization direction of the magnetic layer 58b become parallel as indicated by the arrow in the figure. State.
【0109】なお、磁性層58bと半導体層55aとの
間に良好なショットキー障壁が形成される場合には、金
属層55bは省略してもよい。また、良好な障壁が形成
されるならば、半導体層55aの替わりに、絶縁層を用
いてもよい。When a good Schottky barrier is formed between the magnetic layer 58b and the semiconductor layer 55a, the metal layer 55b may be omitted. If a good barrier is formed, an insulating layer may be used instead of the semiconductor layer 55a.
【0110】また、上記の例では保護層55をショット
キー障壁層として利用したが、他の層をショットキー障
壁層として利用することも可能である。すなわち、例え
ば、基板と磁性層との間に下地層を形成し、当該下地層
をショットキー障壁層として利用する方法や、基板とし
て半導体基板を用い、当該半導体基板をショットキー障
壁層中の半導体層として利用する方法なども可能であ
る。更には、保護層と下地層の両方、或いは保護層と基
板の両方を利用し、二つ以上のショットキー障壁層を有
する構造とすることも可能である。In the above example, the protective layer 55 is used as a Schottky barrier layer, but another layer may be used as a Schottky barrier layer. That is, for example, a method in which an underlayer is formed between a substrate and a magnetic layer and the underlayer is used as a Schottky barrier layer, or a semiconductor substrate is used as a substrate, and the semiconductor substrate is used as a semiconductor in the Schottky barrier layer. A method of using as a layer is also possible. Further, a structure having two or more Schottky barrier layers by using both the protective layer and the base layer or both the protective layer and the substrate is also possible.
【0111】また、ポテンシャル障壁を変調する方法
は、ショットキー効果を利用した方法に限定されるもの
ではなく、例えば、上記構造と同様な構造において半導
体へのドープ量を増やし、トンネル効果を利用して外部
バイアス電界印加時に実効的なポテンシャル障壁高さを
ゼロにする方法や、高電界によるなだれ降伏を利用する
方法なども利用可能である。更には、半導体接合(p−
n接合)を上記ショットキー接合などの替わりに用いる
ことも可能である。The method of modulating the potential barrier is not limited to the method using the Schottky effect. For example, in a structure similar to the above structure, the amount of doping into the semiconductor is increased and the tunnel effect is used. A method of making the effective potential barrier height zero when an external bias electric field is applied, a method of utilizing avalanche breakdown by a high electric field, and the like can also be used. Further, the semiconductor junction (p-
n junction) can be used instead of the above-mentioned Schottky junction or the like.
【0112】5−3 実験によるアドレッシング動作の
検証 つぎに、本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリを
実際に作製し、そのアドレッシング動作を検証した結果
について説明する。 5-3 Experiment of Addressing Operation
Verification Next, a result of actually manufacturing an exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied and verifying the addressing operation thereof will be described.
【0113】5−3−1 交換結合型固体磁気メモリの
作製手順 本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリを、マグネ
トロン・スパッタ装置を用いて作製した。以下、その作
製手順を図15乃至図19を参照しながら説明する。な
お、交換結合型固体磁気メモリの製造工程を示す図15
乃至図19は、ひとつのメモリセルに対応する部分の拡
大断面図となっている。 5-3-1 Exchange-Coupled Solid-State Magnetic Memory
Manufacturing Procedure An exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention was applied was manufactured using a magnetron sputtering apparatus. Hereinafter, the manufacturing procedure will be described with reference to FIGS. FIG. 15 shows a process of manufacturing an exchange-coupled solid-state magnetic memory.
19 to 19 are enlarged sectional views of a portion corresponding to one memory cell.
【0114】(1)固定磁性層と磁化方向制御用Cu層
の堆積(図15) ガラス製の基板60の上に、高保磁力Co−Pt磁性層
(永久磁石層)61とCo層62とを堆積した後、電子
ビーム触刻によりレジストマスクパターン63を作成
し、y方向駆動線の一本分にあたる領域に帯状にCu層
64を堆積した。(1) Deposition of Fixed Magnetic Layer and Cu Layer for Controlling Magnetization Direction (FIG. 15) A high coercivity Co-Pt magnetic layer (permanent magnet layer) 61 and a Co layer 62 are formed on a glass substrate 60. After the deposition, a resist mask pattern 63 was formed by electron beam engraving, and a Cu layer 64 was deposited in a strip shape in a region corresponding to one y-direction drive line.
【0115】ここで、高保磁力Co−Pt磁性層61の
膜厚は100nm、Co層62の膜厚は100nm、C
u層64の膜厚は0.8nmとした。Here, the high coercive force Co-Pt magnetic layer 61 has a thickness of 100 nm, the Co layer 62 has a thickness of 100 nm,
The thickness of the u layer 64 was 0.8 nm.
【0116】(2)2次Co層及び結合制御層の堆積
(図16) レジストマスクパターン63を除去し、2次Co層65
を20nmを堆積した。2次Co層65のうちCu層6
3の上に堆積された領域は、Cu層63を介した反強磁
性的交換相互作用により、下地のCo層62とは反平行
向きに磁化される。(2) Deposition of Secondary Co Layer and Bond Control Layer (FIG. 16) The resist mask pattern 63 is removed, and the secondary Co layer 65 is removed.
Was deposited to a thickness of 20 nm. Cu layer 6 of secondary Co layer 65
3 is magnetized in an anti-parallel direction to the underlying Co layer 62 by antiferromagnetic exchange interaction via the Cu layer 63.
【0117】ひき続き、絶縁結合層66を堆積した。絶
縁結合層66は、Fe−Siターゲットを酸素含有アル
ゴン雰囲気中でスパッタリング堆積したもので、電気抵
抗は高いが強磁性を示し磁気結合を伝搬する材料からな
る。Subsequently, an insulating bonding layer 66 was deposited. The insulating coupling layer 66 is formed by sputtering and depositing a Fe—Si target in an oxygen-containing argon atmosphere, and is made of a material that has high electric resistance but exhibits ferromagnetism and propagates magnetic coupling.
【0118】次いで、結合制御層67を堆積した。Fe
−Agモザイク・ターゲット(中心角15°の扇形Ag
板6枚をFeターゲット上に並べたもの)とCrターゲ
ットのふたつを同時にスパッタしながら、基板60がそ
れぞれのターゲット上に交互に滞在するようにして、C
r/Fe−Ag多層膜を室温で堆積した。それぞれの層
厚は、Cr0.9nm、Fe−Ag1.5nmで、フェ
ライト薄膜上にFe−Ag層から堆積を開始し、16周
期と半分堆積してFe−Ag層が一番上になるように終
了した。この層は5−2−4節で述べたように、電流が
流れたときに磁気的結合が切れる作用を持つものであ
る。また、この結合制御層67に電流供給をするための
電極がとれるように、メモリセルが作られる領域の外周
部に電極パッドを形成した。Next, a bonding control layer 67 was deposited. Fe
-Ag mosaic target (15-degree sector angle Ag
While the two plates of the six plates are arranged on the Fe target) and the two Cr targets are simultaneously sputtered, the substrate 60 alternately stays on each of the targets.
An r / Fe-Ag multilayer was deposited at room temperature. The thickness of each layer is 0.9 nm of Cr and 1.5 nm of Fe-Ag. Deposition is started from the Fe-Ag layer on the ferrite thin film, and is half-deposited in 16 cycles so that the Fe-Ag layer is at the top. finished. As described in section 5-2-4, this layer has a function of breaking magnetic coupling when a current flows. Further, an electrode pad was formed on an outer peripheral portion of a region where a memory cell is to be formed so that an electrode for supplying a current to the coupling control layer 67 can be formed.
【0119】さらに、結合制御層67の上に、結合制御
層67から導出された電極パッドを覆わないようにし
て、絶縁結合層68を堆積した。Further, an insulating coupling layer 68 was deposited on the coupling control layer 67 so as not to cover the electrode pads derived from the coupling control layer 67.
【0120】(3)駆動線パタ−ン形成(図17) y方向駆動線2本分(セル幅あたり)の領域に、電極パ
ッドを結ぶように、レジストマスクパターン69を形成
し、それ以外の部分を、下地のCo層62の半ばまで削
り落とした。これにより、y方向駆動線70,71を形
成した。(3) Formation of Drive Line Pattern (FIG. 17) A resist mask pattern 69 is formed so as to connect the electrode pads in a region corresponding to two y-direction drive lines (per cell width). The portion was cut down to the middle of the underlying Co layer 62. Thus, the y-direction drive lines 70 and 71 were formed.
【0121】(4)Ni−Fe層の堆積と磁気異方性の
付与(図18) 絶縁樹脂72で段差を埋め平坦化した後、絶縁結合層6
8に接するようにNi−Fe層73を堆積した。堆積中
は基板加熱によって下地から伝搬する磁気的バイアスを
除き、外部磁界を−x方向に印加してNi−Fe層73
にx軸方向に容易軸をもつ一軸磁気異方性を誘導した。
なお、このNi−Fe層73は、記憶担体となるもので
ある。(4) Deposition of Ni—Fe Layer and Application of Magnetic Anisotropy (FIG. 18) After the steps are filled with the insulating resin 72 and flattened, the insulating coupling layer 6 is formed.
8, a Ni—Fe layer 73 was deposited. During deposition, an external magnetic field is applied in the −x direction to remove the Ni—Fe layer 73 except for a magnetic bias that propagates from the base by heating the substrate.
A uniaxial magnetic anisotropy having an easy axis in the x-axis direction was induced.
Note that the Ni—Fe layer 73 serves as a storage carrier.
【0122】(5)記憶担体の形成とx方向駆動線の堆
積・形成(図19) マスク・プロセスでNi−Fe層73を記憶担体の寸法
に残し、絶縁樹脂74で埋めた上にx方向のCu配線を
堆積し、x方向駆動線75を形成した。その後、電磁石
を用いて室温にてx方向に2kOeの磁界を印加し、高
保磁力Co−Pt磁性層61及びCo層62の磁化方向
を−x方向に揃えた。(5) Formation of Storage Carrier and Deposition / Formation of X-Direction Drive Line (FIG. 19) The Ni-Fe layer 73 is left in the dimensions of the storage carrier by a masking process, and is filled with an insulating resin 74 and then placed in the x-direction. And an x-direction drive line 75 was formed. Thereafter, a magnetic field of 2 kOe was applied in the x direction at room temperature using an electromagnet, and the magnetization directions of the high coercive force Co-Pt magnetic layers 61 and Co layers 62 were aligned in the -x direction.
【0123】以上のようにして、駆動線も含めて、交換
結合型固体磁気メモリを作製した。なお、図15乃至図
19では、ひとつのメモリセルの部分を拡大して示した
が、実際には4×4個のメモリセルを形成した。ここ
で、4×4個のメモリセルが形成されてなる固体磁気メ
モリの平面構造を図20に示す。また、図21に、一つ
のメモリセルの平面構造を拡大して示す。As described above, an exchange-coupled solid-state magnetic memory including a drive line was manufactured. In FIGS. 15 to 19, one memory cell is shown in an enlarged manner, but actually 4 × 4 memory cells are formed. Here, FIG. 20 shows a plan structure of a solid-state magnetic memory in which 4 × 4 memory cells are formed. FIG. 21 shows an enlarged plan view of one memory cell.
【0124】なお、上記交換結合型固体磁気メモリにお
いて、x方向駆動線75は単純な導線であって、この導
線から、Ni−Fe層73からなる記憶担体の磁化への
作用は、この導線を流れる電流が作る磁界によってい
る。今回は工程の簡単のために、x方向駆動線75のみ
は交換結合を利用しない形態を採った。しかしもちろ
ん、交換結合を利用して担体磁化をy方向に傾ける作用
を与える駆動線を利用して、すべての駆動を交換結合利
用で実現することもできる。その場合には、5−2−1
節〜5−2−5節に示した中から、電気入力がONの場
合に駆動が生じる適当な機構を選択して利用すればよ
い。また、本実施例で採用した電気入力がONの場合に
結合が切れる型の駆動線を利用し、図3での固定磁性層
4のように別の磁性体からのバイアス重畳で駆動力のバ
ランスをずらし、結果として電気入力がONのときに駆
動が生じるようにしてもよいことは言うまでもない。In the exchange-coupled solid-state magnetic memory, the x-direction drive line 75 is a simple conductor, and the effect of the conductor on the magnetization of the storage carrier formed of the Ni—Fe layer 73 is as follows. It depends on the magnetic field created by the flowing current. This time, for simplification of the process, only the x-direction drive line 75 does not use exchange coupling. However, it is needless to say that all the driving can be realized by the use of the exchange coupling by using the drive line which gives the effect of tilting the carrier magnetization in the y direction by using the exchange coupling. In that case, 5-2-1
From among the sections shown in Sections 5-2 to 5-5, an appropriate mechanism that generates driving when the electric input is ON may be selected and used. In addition, a driving line of a type that is disconnected when the electric input used in this embodiment is turned on is used, and the driving force is balanced by superimposing a bias from another magnetic material as in the fixed magnetic layer 4 in FIG. It is needless to say that the driving may be performed when the electric input is ON as a result.
【0125】なお、上記素子構造には、素子作製上で重
要な以下の考案が含まれている。The above-described device structure includes the following ideas which are important in device fabrication.
【0126】(1)基板全面に堆積された固定磁性層 上記交換結合型固体磁気メモリでは、高保磁力Co−P
t磁性層61とCo層62とを積層した固定磁性層を基
板全面に堆積している。この固定磁性層を一方向に磁化
し、その上にセル配列までの構造を構築することによっ
て、全ての駆動線や記憶担体の磁化方向の一様性が、固
定磁性層を基準に基板全面にわたって高められる。この
一様性は、特にメモリの読み出し過程での信号の一様性
に寄与し、信頼性を高める。(1) Fixed magnetic layer deposited on the entire surface of the substrate In the exchange-coupled solid-state magnetic memory, a high coercive force Co-P
A fixed magnetic layer in which a t-magnetic layer 61 and a Co layer 62 are stacked is deposited on the entire surface of the substrate. By magnetizing this pinned magnetic layer in one direction and constructing the structure up to the cell array on it, the uniformity of the magnetization direction of all the drive lines and storage carriers over the entire substrate with respect to the pinned magnetic layer Enhanced. This uniformity contributes to the uniformity of the signal particularly in the process of reading data from the memory, and enhances the reliability.
【0127】(2)磁化方向制御に利用されるCu層 互いに反対の方向(+x方向と−x方向など)に記憶担
体の磁化を駆動する2種の駆動線70,71の駆動方向
は、正しく平行逆向きになっていることが期待される。
このような規則的な磁区構造を駆動線70,71に形成
する手段として、上記の例では、Cu層63を介して両
側のCo層62,65の磁化が互いに反平行になる性質
を利用している。なお、同様の反平行結合は、Cr層を
介したFe層間の結合など、さまざまな材料の組合せで
生じることが知られており、適当な組合せを選んでメモ
リ作製に利用することができる。なお、このような反平
行結合については、例えば、S. S. P. Parkin, Physica
l Review Letters, vol. 61, p.3598-3601, (1991) に
記載されている。(2) Cu Layer Used for Controlling Magnetization Direction The drive directions of the two types of drive lines 70 and 71 for driving the magnetization of the storage carrier in opposite directions (such as the + x direction and the −x direction) are correct. It is expected that they are parallel and opposite.
As a means for forming such a regular magnetic domain structure in the drive lines 70 and 71, the above-described example utilizes the property that the magnetizations of the Co layers 62 and 65 on both sides via the Cu layer 63 are antiparallel to each other. ing. It is known that the same anti-parallel coupling is caused by a combination of various materials such as a coupling between Fe layers via a Cr layer, and an appropriate combination can be selected and used for memory fabrication. Note that such antiparallel coupling is described in, for example, SSP Parkin, Physica
l Review Letters, vol. 61, p. 3598-3601, (1991).
【0128】(3)電流を結合制御層に閉じ込め磁気結
合は伝搬する絶縁結合層 電気抵抗が高く磁気的結合を媒介する材料として、上記
の例では、Fe−Siターゲットを酸素含有雰囲気でス
パッタ堆積した薄膜を利用した。磁性金属合金と酸化物
の混合体になっていると考えられる。本組成に限らず、
Fe,Co,Niを主成分とする合金ターゲットを酸素
含有雰囲気でスパッタリングして、同様な機能をもつ材
料を得られる。(3) The current is confined in the coupling control layer. The magnetic coupling propagates as an insulating coupling layer. As a material having a high electric resistance and mediating the magnetic coupling, in the above-described example, a Fe—Si target is sputter-deposited in an oxygen-containing atmosphere. The thin film was used. It is considered that the mixture is a mixture of a magnetic metal alloy and an oxide. Not limited to this composition,
A material having a similar function can be obtained by sputtering an alloy target containing Fe, Co, and Ni as main components in an oxygen-containing atmosphere.
【0129】5−3−2 アドレッシング動作の確認 上述のように作製した交換結合型固体磁気メモリを用い
て、実際にメモリセルを選択して書き込みができること
を確認した。ここで、記憶担体の磁化方向は、カー顕微
鏡を用いて検出した。カー顕微鏡は、磁性体試料表面で
光が反射される場合に生じる偏光面の回転(磁気光学カ
ー効果:Magneto-optical Kerr Effect)が試料の磁化
方向を反映することを利用して、偏光顕微鏡像に磁化に
依存する明暗のコントラストをつける装置である。実験
には、記憶担体の磁化容易軸方向であるx方向の磁化成
分に依存するコントラストが検出できるように光学配置
を選んだ。また、観察に先立ち、4×4個の記憶担体上
部に重なる絶縁樹脂をイオン・ミリングで除去し、記憶
担体となるNi−Fe薄膜が表面に露出するようにし
た。これは、樹脂の複屈折や表面反射の重畳によって磁
気光学カー効果以外の余計なコントラストが付くことを
避けるための対策である。 5-3-2 Confirmation of Addressing Operation Using the exchange-coupled solid-state magnetic memory manufactured as described above, it was confirmed that a memory cell could be actually selected and written. Here, the magnetization direction of the storage carrier was detected using a Kerr microscope. The Kerr microscope uses a polarization microscope image based on the fact that the rotation of the polarization plane (Magneto-optical Kerr Effect) that occurs when light is reflected from the surface of a magnetic sample reflects the magnetization direction of the sample. This is a device that gives light and dark contrast depending on magnetization. In the experiment, the optical arrangement was selected so that the contrast depending on the magnetization component in the x direction, which is the easy axis direction of the storage carrier, could be detected. Prior to the observation, the insulating resin overlying the 4 × 4 memory carriers was removed by ion milling so that the Ni—Fe thin film serving as the memory carriers was exposed on the surface. This is a countermeasure for avoiding the addition of unnecessary contrast other than the magneto-optical Kerr effect due to the superposition of the birefringence and the surface reflection of the resin.
【0130】(1)初期の磁化状態では、5−3−1節
の工程説明通り、試料の永久磁石下地層は−x方向に着
磁され、記憶担体層も−x方向に揃えられていた。これ
をカー顕微鏡で観察すると、16個すべての記憶担体は
同じ明るさに見えた。(1) In the initial magnetization state, the permanent magnet underlayer of the sample was magnetized in the −x direction and the memory carrier layer was also aligned in the −x direction, as described in the process described in section 5-3-1. . When this was observed with a Kerr microscope, all 16 storage carriers appeared to have the same brightness.
【0131】(2)次に、試料をマイクロ・プローバに
移して4本の電極を立て、y方向駆動線の1本と、x方
向駆動線の1本を選んで両者に同時にパルス電流を供給
した。なお、記憶担体の磁化を+x方向へ反転させるた
めに、電流供給によって記憶担体への−x方向のバイア
スが弱まる方の駆動線を選んだ。(2) Next, the sample is transferred to a micro prober to set up four electrodes, one of the y-direction drive lines and one of the x-direction drive lines are selected, and a pulse current is supplied to both at the same time. did. In order to invert the magnetization of the storage carrier in the + x direction, a drive line in which the bias in the −x direction to the storage carrier was weakened by current supply was selected.
【0132】(3)試料を再度カー顕微鏡にもどし、最
初の観察時と同じ向きに置いて像を観察した。観察され
た像の模式図を図22に示す。図22に示すように、選
択したメモリセルの記憶担体(図中、上から2行目、左
から3列目の記憶担体73A)だけが他の記憶担体より
も明るく観測され、当該記憶担体の磁化方向が変化した
ことが確認された。(3) The sample was returned to the Kerr microscope again and placed in the same direction as the first observation, and the image was observed. FIG. 22 shows a schematic diagram of the observed image. As shown in FIG. 22, only the storage carrier of the selected memory cell (the storage carrier 73A in the second row from the top and the third column from the left in the figure) is observed brighter than the other storage carriers, and It was confirmed that the magnetization direction changed.
【0133】(4)次に、試料をプローバに戻し同じメ
モリセルを選んでメモリ内容を”消去”する目的で、別
のy方向駆動線と、x方向駆動線とにパルス電流を供給
した。その後、カー顕微鏡観察を行ったところ、再び1
6個すべての記憶担体が同じ明るさに見えた。これによ
り、磁化反転によるメモリ書き込みが可逆になされるこ
とが確認された。(4) Next, a pulse current was supplied to another y-direction drive line and another x-direction drive line for the purpose of returning the sample to the prober, selecting the same memory cell, and "erasing" the memory contents. After that, when a Kerr microscope was observed, 1
All six storage carriers appeared the same brightness. Thus, it was confirmed that memory writing by reversal of magnetization was performed reversibly.
【0134】(5)以上のような実験を、複数の異なる
メモリセルに対して繰り返し行ったところ、書き込みと
消去がそれぞれのメモリセル毎に独立に実行できること
が確認された。すなわち、この交換結合型固体磁気メモ
リでは、マトリクス型に配置された駆動線で、アドレッ
シング動作を行うことができた。(5) When the above experiment was repeatedly performed on a plurality of different memory cells, it was confirmed that writing and erasing could be performed independently for each memory cell. That is, in the exchange-coupling type solid-state magnetic memory, the addressing operation could be performed by the drive lines arranged in a matrix.
【0135】[0135]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、磁性体の配列を記憶担体として有する磁気記憶装
置において、微細化に伴うクロストークの発生や保磁力
の低下といった、磁界利用書き込みに伴う問題を解消し
つつ、集積回路素子には不可欠のアドレッシング機能
を、単純なマトリクス型の配線で実現することができ
る。As described above in detail, according to the present invention, in a magnetic storage device having an array of magnetic materials as a storage carrier, the use of a magnetic field such as the occurrence of crosstalk and a decrease in coercive force due to miniaturization. The addressing function indispensable for the integrated circuit element can be realized by a simple matrix-type wiring while solving the problem associated with writing.
【図1】磁性体Aと磁性体Bとが接触している構造を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure in which a magnetic body A and a magnetic body B are in contact with each other.
【図2】磁性体Aと磁性体Bとの間に中間層Cが存在し
ている構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a structure in which an intermediate layer C exists between a magnetic body A and a magnetic body B.
【図3】交換結合型固体磁気メモリの一例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an exchange-coupled solid-state magnetic memory;
【図4】固体磁気メモリのメモリセルの寸法Lと、記憶
担体の駆動に用いることができる駆動磁界Hとの関係を
示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a dimension L of a memory cell of a solid-state magnetic memory and a driving magnetic field H that can be used for driving a storage carrier.
【図5】本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリの
一例について、ひとつのメモリセルを拡大して示す図で
ある。FIG. 5 is an enlarged view of one memory cell in an example of an exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied.
【図6】図5に示したメモリセルの駆動原理を説明する
ための図であり、図6(a)は記憶担体の磁化方向が右
向きに保持されている状態を示す図、図6(b)は第2
のy方向駆動線を構成する第2の導電体層にだけ電流を
流した状態を示す図、図6(c)は記憶担体の磁化方向
を左向きに書き換えるときの状態を示す図、図6(d)
は第1のy方向駆動線を構成する第1の導電体層にだけ
電流を流した状態を示す図、図6(e)は記憶担体の磁
化方向を右向きに書き換えるときの状態を示す図であ
る。6A and 6B are diagrams for explaining the driving principle of the memory cell shown in FIG. 5; FIG. 6A shows a state in which the magnetization direction of the storage carrier is held to the right; ) Is the second
6C shows a state in which a current is applied only to the second conductive layer constituting the y-direction drive line, FIG. 6C shows a state in which the magnetization direction of the storage carrier is rewritten leftward, and FIG. d)
FIG. 6E is a diagram showing a state in which a current is applied only to the first conductive layer constituting the first y-direction drive line, and FIG. 6E is a diagram showing a state in which the magnetization direction of the storage carrier is rewritten rightward. is there.
【図7】本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリに
おけるアドレッシング方法を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an addressing method in an exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied.
【図8】結合制御層として半導体層を用いた場合につい
て、当該半導体層を介した磁気的駆動の様子を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram illustrating a state of magnetic driving via the semiconductor layer when a semiconductor layer is used as a coupling control layer.
【図9】結合制御層として誘電体層を用いた場合につい
て、当該誘電体層を介した磁気的駆動の様子を示す図で
ある。FIG. 9 is a diagram illustrating a state of magnetic driving via the dielectric layer when a dielectric layer is used as the coupling control layer.
【図10】結合制御層として複数の誘電体層を用いた場
合について、当該複数の誘電体層を介した磁気的駆動の
様子を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a state of magnetic driving via the plurality of dielectric layers when a plurality of dielectric layers are used as the coupling control layer.
【図11】磁性層と非強磁性層とが積層されてなる多層
構造の結合制御層を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a coupling control layer having a multilayer structure in which a magnetic layer and a non-ferromagnetic layer are stacked.
【図12】磁性粒子が非磁性体中に分散されてなる結合
制御層を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a coupling control layer in which magnetic particles are dispersed in a non-magnetic material.
【図13】磁性層の外側の界面に形成されるポテンシャ
ル障壁の変調を利用して、磁性層の磁気的結合を変調可
能とした構造の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a structure in which the magnetic coupling of the magnetic layer can be modulated by using the modulation of a potential barrier formed at the outer interface of the magnetic layer.
【図14】図13に示した構造に対して電圧を印加した
状態を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a state where a voltage is applied to the structure shown in FIG. 13;
【図15】本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリ
の一例について、その製造工程を示す第1の図である。FIG. 15 is a first diagram showing a manufacturing process of an example of the exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied;
【図16】本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリ
の一例について、その製造工程を示す第2の図である。FIG. 16 is a second diagram showing the manufacturing process of one example of the exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied;
【図17】本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリ
の一例について、その製造工程を示す第3の図である。FIG. 17 is a third diagram showing the manufacturing process of an example of the exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied;
【図18】本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリ
の一例について、その製造工程を示す第4の図である。FIG. 18 is a fourth diagram showing the manufacturing process of one example of the exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied;
【図19】本発明を適用した交換結合型固体磁気メモリ
の一例について、その製造工程を示す第5の図である。FIG. 19 is a fifth diagram showing the manufacturing process of one example of the exchange-coupled solid-state magnetic memory to which the present invention is applied;
【図20】4×4個のメモリセルが形成されてなる交換
結合型固体磁気メモリの平面構造を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a plan structure of an exchange-coupled solid-state magnetic memory in which 4 × 4 memory cells are formed.
【図21】図20中の円Sの部分を拡大して示す図であ
り、一つのメモリセルの平面構造を拡大して示す図であ
る。21 is an enlarged view of a portion of a circle S in FIG. 20, and is an enlarged view of a planar structure of one memory cell.
【図22】図20に示した交換結合型固体磁気メモリに
おけるアドレッシング動作を確認するために、メモリセ
ルへの書き込み動作を行った後、カー顕微鏡にて観察し
た結果を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing the results of observation with a Kerr microscope after performing a write operation on a memory cell in order to confirm an addressing operation in the exchange-coupled solid-state magnetic memory shown in FIG. 20;
【図23】従来の固体磁気メモリにおけるアドレッシン
グ方法を説明するための図である。FIG. 23 is a diagram illustrating an addressing method in a conventional solid-state magnetic memory.
10 メモリセル、 11,12 のy方向駆動線、
13 記憶担体、 x方向駆動線10 memory cells, 11 and 12 y-direction drive lines,
13 memory carrier, x direction drive line
Claims (25)
担体として有する磁気記憶装置であって、 書き込み又は読み出しの対象として選ばれた任意の記憶
担体を指定して目的の動作を達成する手段として、固体
中を伝搬する交換相互作用を利用することを特徴とする
磁気記憶装置。1. A magnetic storage device having, as a storage carrier, an array of a plurality of separated magnetic materials, wherein an arbitrary storage carrier selected as an object to be written or read is specified to achieve a desired operation. A magnetic storage device utilizing exchange interaction propagating in a solid as means.
造を有し、 上記交換相互作用は、上記結合制御層を介して二つの磁
性層間に働く交換相互作用であり、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、上記結合制御層に刺激を与えることにより生じ
る、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用するこ
とを特徴とする請求項1記載の磁気記憶装置。2. A structure having a structure in which a coupling control layer is sandwiched between two magnetic layers, wherein the exchange interaction is an exchange interaction acting between the two magnetic layers via the coupling control layer. 2. The magnetic memory according to claim 1, wherein when writing or reading is performed by selecting a carrier, a change in exchange interaction between two magnetic layers caused by applying a stimulus to the coupling control layer is used. apparatus.
媒介され、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、上記半導体層に電気的刺激を与えることにより生
じる、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用する
ことを特徴とする請求項2記載の磁気記憶装置。3. The coupling control layer is composed of a semiconductor layer. The exchange interaction is mediated by conduction electrons of the semiconductor layer, and when writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier, 3. The magnetic storage device according to claim 2, wherein a change in exchange interaction between two magnetic layers caused by applying an electrical stimulus to the layers is used.
果により磁性層間を移動する電子によって媒介され、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、上記誘電体層のトンネル障壁高さを変えることに
より生じる、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利
用することを特徴とする請求項2記載の磁気記憶装置。4. The coupling control layer comprises a dielectric layer, wherein the exchange interaction is mediated by electrons moving between magnetic layers by a tunnel effect through the dielectric layer, and selects an arbitrary storage carrier. 3. The magnetic storage device according to claim 2, wherein a change in exchange interaction between two magnetic layers caused by changing a height of a tunnel barrier of the dielectric layer is performed when writing or reading is performed. .
層間に働く交換相互作用であり、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、上記導電体層に電流を流すことにより生じる、二
つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用することを特
徴とする請求項2記載の磁気記憶装置。5. The coupling control layer is made of a conductor layer, the exchange interaction is an exchange interaction acting between two magnetic layers via the conductor layer, and an arbitrary storage carrier is selected. 3. The magnetic memory device according to claim 2, wherein when writing or reading is performed, a change in exchange interaction between two magnetic layers caused by passing a current through the conductive layer is used.
であり、磁性体を含有していることを特徴とする請求項
2記載の磁気記憶装置。6. The magnetic memory device according to claim 2, wherein the coupling control layer has a thickness of 10 nm or more and contains a magnetic material.
とが積層されてなる多層構造体であることを特徴とする
請求項6記載の磁気記憶装置。7. The magnetic memory device according to claim 6, wherein the coupling control layer is a multilayer structure in which a magnetic layer and a non-ferromagnetic layer are stacked.
中に分散されてなることを特徴とする請求項6記載の磁
気記憶装置。8. The magnetic memory device according to claim 6, wherein the coupling control layer is formed by dispersing magnetic particles in a non-magnetic material.
た構造の下層に、硬質磁性材料からなる磁性層が形成さ
れていることを特徴とする請求項2記載の磁気記憶装
置。9. The magnetic memory device according to claim 2, wherein a magnetic layer made of a hard magnetic material is formed below the structure in which the coupling control layer is sandwiched between the two magnetic layers.
少なくとも一つは、一対の磁性層が磁化方向が互いに反
平行となるように中間層を介して積層されてなることを
特徴とする請求項2記載の磁気記憶装置。10. At least one of the magnetic layers sandwiching the coupling control layer is formed by stacking a pair of magnetic layers via an intermediate layer such that the magnetization directions are antiparallel to each other. The magnetic storage device according to claim 2.
に、磁気的結合を媒介する電気的絶縁材料からなる薄膜
が配されていることを特徴とする請求項2記載の磁気記
憶装置。11. The magnetic memory device according to claim 2, wherein a thin film made of an electrically insulating material that mediates magnetic coupling is disposed between the magnetic layer and the coupling control layer.
つ、一方又は両方の磁性層の、中間層とは反対側に結合
制御層を設けた構造を有し、 上記交換相互作用は、二つの磁性層間に働く交換相互作
用であり、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、上記結合制御層に刺激を与えることにより生じ
る、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用するこ
とを特徴とする請求項1記載の磁気記憶装置。12. A structure in which an intermediate layer is sandwiched between two magnetic layers and a coupling control layer is provided on one or both magnetic layers on a side opposite to the intermediate layer. A change in exchange interaction between two magnetic layers caused by stimulating the coupling control layer when writing or reading is performed by selecting an arbitrary storage carrier. 2. The magnetic storage device according to claim 1, wherein the magnetic storage device is used.
置されてなるとともに、それらの直線状部材の交差点に
対応する位置に個々の記憶担体が配置され、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、2つ以上の直線状部材から記憶担体に及ぼされる
磁気的相互作用を組み合わせることで、選択した記憶担
体に対する書き込み又は読み出し動作を行うとともに、 上記磁気的相互作用のうちの少なくとも一つが、固体中
を伝搬する交換相互作用によるものであることを特徴と
する請求項1記載の磁気記憶装置。13. A plurality of linear members are arranged so as to intersect, and individual storage carriers are arranged at positions corresponding to intersections of the linear members, and an arbitrary storage carrier is selected and written. Or, when performing a read operation, by performing a write or read operation on the selected storage medium by combining the magnetic interaction exerted on the storage medium from the two or more linear members, 2. The magnetic storage device according to claim 1, wherein at least one is due to an exchange interaction propagating in a solid.
置されてなるとともに、それらの直線状部材の交差点に
対応する位置に個々の記憶担体が配置され、 任意の記憶担体を選択して書き込み動作を行う際に、1
つの記憶担体の磁化方向を3つ以上の直線状部材から記
憶担体に及ぼされる磁気的相互作用の組み合わせによっ
て制御するとともに、 上記磁気的相互作用のうちの少なくとも一つが、固体中
を伝搬する交換相互作用によるものであることを特徴と
する請求項1記載の磁気記憶装置。14. A plurality of linear members are arranged so as to intersect, and individual storage carriers are arranged at positions corresponding to intersections of the linear members, and an arbitrary storage carrier is selected and written. When performing the operation, 1
The direction of magnetization of one storage carrier is controlled by a combination of magnetic interactions exerted on the storage carrier by three or more linear members, and at least one of the magnetic interactions is exchange interaction propagating in a solid. 2. The magnetic storage device according to claim 1, wherein the magnetic storage device is operated.
憶担体として有する磁気記憶装置におけるアドレッシン
グ方法であって、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、固体中を伝搬する交換相互作用を利用することを
特徴とするアドレッシング方法。15. An addressing method in a magnetic storage device having an array of a plurality of separated magnetic materials as a storage carrier, wherein when an arbitrary storage carrier is selected to perform writing or reading, it is propagated through a solid. An addressing method characterized by utilizing an exchange interaction.
結合制御層が挟まれた構造において結合制御層を介して
二つの磁性層間に働く交換相互作用であり、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、結合制御層に刺激を与えることにより生じる、二
つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用することを特
徴とする請求項15記載のアドレッシング方法。16. The exchange interaction is an exchange interaction acting between two magnetic layers via a coupling control layer in a structure in which a coupling control layer is sandwiched between two magnetic layers, and selects an arbitrary storage carrier. 16. The addressing method according to claim 15, wherein when writing or reading is performed, a change in exchange interaction between the two magnetic layers caused by applying a stimulus to the coupling control layer is used.
り、 上記交換相互作用は、上記半導体層の伝導電子によって
媒介され、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、上記半導体層に電気的刺激を与えることにより生
じる、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用する
ことを特徴とする請求項16記載のアドレッシング方
法。17. The semiconductor device according to claim 1, wherein the coupling control layer is formed of a semiconductor layer, and the exchange interaction is mediated by conduction electrons of the semiconductor layer. 17. The addressing method according to claim 16, wherein a change in exchange interaction between the two magnetic layers caused by applying an electrical stimulus to the layers is used.
り、 上記交換相互作用は、上記誘電体層を介してトンネル効
果により磁性層間を移動する電子によって媒介され、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、上記誘電体層のトンネル障壁高さを変えることに
より生じる、二つの磁性層間の交換相互作用の変化を利
用することを特徴とする請求項16記載のアドレッシン
グ方法。18. The coupling control layer comprises a dielectric layer, wherein the exchange interaction is mediated by electrons moving between magnetic layers by a tunnel effect through the dielectric layer, and selects an arbitrary storage carrier. 17. The addressing method according to claim 16, wherein when writing or reading is performed, a change in exchange interaction between two magnetic layers caused by changing a height of a tunnel barrier of the dielectric layer is used.
り、 上記交換相互作用は、上記導電体層を介して二つの磁性
層間に働く交換相互作用であり、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、上記導電体層に電流を流すことにより生じる、二
つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用することを特
徴とする請求項16記載のアドレッシング方法。19. The coupling control layer is made of a conductor layer, the exchange interaction is an exchange interaction acting between two magnetic layers via the conductor layer, and an arbitrary storage carrier is selected. 17. The addressing method according to claim 16, wherein when writing or reading is performed, a change in exchange interaction between two magnetic layers caused by passing a current through the conductive layer is used.
の厚さで、磁性体を含有するものを用いることを特徴と
する請求項16記載のアドレッシング方法。20. The addressing method according to claim 16, wherein the coupling control layer has a thickness of 10 nm or more and contains a magnetic material.
磁性層とが積層されてなる多層構造のものを用いること
を特徴とする請求項16記載のアドレッシング方法。21. The addressing method according to claim 16, wherein the coupling control layer has a multilayer structure in which a magnetic layer and a non-ferromagnetic layer are stacked.
磁性体中に分散されてなるものを用いることを特徴とす
る請求項16記載のアドレッシング方法。22. The addressing method according to claim 16, wherein the coupling control layer is formed of magnetic particles dispersed in a non-magnetic material.
中間層が挟まれ、且つ、一方又は両方の磁性層の、中間
層とは反対側に結合制御層を設けた構造において、二つ
の磁性層間に働く交換相互作用であり、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、結合制御層に刺激を与えることにより生じる、二
つの磁性層間の交換相互作用の変化を利用することを特
徴とする請求項15記載のアドレッシング方法。23. The exchange interaction described above, wherein an intermediate layer is sandwiched between two magnetic layers, and a coupling control layer is provided on one or both magnetic layers on a side opposite to the intermediate layer. An exchange interaction that acts between the magnetic layers, and utilizes the change in the exchange interaction between the two magnetic layers caused by stimulating the coupling control layer when writing or reading data by selecting an arbitrary storage carrier. 16. The addressing method according to claim 15, wherein:
材が交差するように配置されてなるとともに、それらの
直線状部材の交差点に対応する位置に個々の記憶担体が
配置され、 任意の記憶担体を選択して書き込み又は読み出しを行う
際に、2つ以上の直線状部材から記憶担体に及ぼされる
磁気的相互作用を組み合わせることで、選択した記憶担
体に対する書き込み又は読み出し動作を行うとともに、 上記磁気的相互作用のうちの少なくとも一つが、固体中
を伝搬する交換相互作用によるものであることを特徴と
する請求項15記載のアドレッシング方法。24. The magnetic storage device, wherein a plurality of linear members are arranged so as to intersect, and individual storage carriers are arranged at positions corresponding to the intersections of the linear members, and an arbitrary storage device is provided. When writing or reading is performed by selecting a carrier, by combining magnetic interactions exerted on the storage carrier from two or more linear members, a write or read operation is performed on the selected storage carrier, and 16. The addressing method according to claim 15, wherein at least one of the static interactions is due to an exchange interaction propagating in a solid.
材が交差するように配置されてなるとともに、それらの
直線状部材の交差点に対応する位置に個々の記憶担体が
配置され、 任意の記憶担体を選択して書き込み動作を行う際に、1
つの記憶担体の磁化方向を3つ以上の直線状部材から記
憶担体に及ぼされる磁気的相互作用の組み合わせによっ
て制御するとともに、 上記磁気的相互作用のうちの少なくとも一つが、固体中
を伝搬する交換相互作用によるものであることを特徴と
する請求項15記載のアドレッシング方法。25. The magnetic storage device, wherein a plurality of linear members are arranged so as to intersect, and individual storage carriers are arranged at positions corresponding to intersections of the linear members. When selecting a carrier and performing a write operation, 1
The direction of magnetization of one storage carrier is controlled by a combination of magnetic interactions exerted on the storage carrier by three or more linear members, and at least one of the magnetic interactions is exchange interaction propagating in a solid. 16. The addressing method according to claim 15, wherein the addressing is performed by an action.
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1999
- 1999-03-31 JP JP09416599A patent/JP4374646B2/en not_active Expired - Fee Related
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