JP4016101B2 - 磁性メモリ、磁性メモリアレイ、磁性メモリの記録方法、及び磁性メモリの読み出し方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）として好適に用いることのできる不揮発性の磁性メモリ及び磁性メモリ、さらには前記磁性メモリに対する情報の記録方法及び読み出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の電子機器が宇宙空間などの特殊な環境下で用いられるようになり、このため放射線などに晒されても記録された情報が失われることのない記録装置の確立が求められている。かかる観点より、放射線などに対する耐性が高く、情報の不揮発性を有するとともに、簡単な構造の磁性メモリセルを有するＭＲＡＭの開発が盛んに進められている。
【０００３】
従来の磁性メモリセルは長方形状を呈し、その磁化の向きに応じて０又は１の情報を記録するようにしている。しかしながら、このような磁性メモリセルにおいては、その形状に起因して前記磁化に起因した磁束がセル外部へ漏洩してしまっていた。一方で、ＭＲＡＭの記録容量を増大させるべく、複数の磁性メモリセルを高密度で配列する試みがなされているが、この場合においては、上述した漏洩磁界によって隣接する磁性メモリセルに対して甚大な影響を与えてしまい、結果的に実用的な高密度ＭＲＡＭを得ることはできないでいた。
【０００４】
このような観点から、本発明者らは、磁性メモリの形状をリング形状とし、前記磁性メモリを前記リング形状に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化させ、これら磁化の向きに応じて０又は１の情報を記録するようにした磁性メモリを開発した（特願２００２−７３６８１参照）。
【０００５】
この場合においては、前記磁性メモリから磁束が漏洩しないため、これら磁性メモリを高密度に配列して例えばＭＲＡＭを作製した場合においても、漏洩磁界が隣接する磁性メモリに悪影響を与えないため、前記磁性メモリを高密度に集積することができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記磁性メモリを構成する情報を記録するための磁性層の厚さが小さくなると、上述したような渦状の磁化を生ぜしめることが困難になり、前記渦状磁化を利用した情報の記録を実行することができない場合があった（「Physical Review Letters, ８３巻、５号、ｐ１０４２−１０４５（１９９９年）」参照）。
【０００７】
本発明は、磁性層の厚さに関係なく渦状磁化を生成することができ、前記渦状磁化の向きに応じて情報を安定的に記録できるようにした磁性メモリ及び磁性メモリアレイを提供することを目的とする。さらには、前記磁性メモリに対する情報の記録方法及び再生方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、外周部を円弧状に切り欠いてなる、厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍの、リング形状の膜面を有する磁性層を具え、前記磁性層を前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化させて０又は１の情報を記録するようにしたことを特徴とする磁気メモリである。
【０００９】
本発明者らは、磁性メモリアレイについて鋭意検討を重ねた結果、磁性メモリを構成するリング状の磁性層の外周の一部を、断面が垂直となるように切り欠くことによって、前記磁性層の厚さが小さい場合においても、前記磁性層中に右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）の渦状の磁化を簡易に生ぜしめることができることを見出した。
【００１０】
したがって、本発明によれば、前記磁性層を１ｎｍ〜１０ｎｍ程度まで薄くした場合においても、前記磁性層中に上述した渦状磁化を簡易に生ぜしめることができ、前記渦状磁化の向きに応じて０又は１の情報を記録することができる。
【００１１】
また、前記磁性層からの前記渦状磁化に基づく漏洩磁界が発生しないため、前記磁性層を含む磁性メモリを高密度に配列して、磁性メモリアレイを作製した場合においても、隣接する磁性メモリ同士が前記漏洩磁界によって影響を受けることはない。したがって、実用に供することのできる高密度な磁性メモリアレイを提供することができるようになる。
【００１２】
本発明の磁性メモリのその他の特徴、並びに本発明の磁性メモリの記録方法及び読み出し方法については、以下の発明の実施の形態において詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に則して詳細に説明する。
図１は、本発明の磁性メモリを構成する磁性層の形状を概略的に示す図であり、図２は、図１に示す磁性層中の磁化状態を示す図である。図１に示すように、磁性層１１はリング状を呈し、その外周部は垂直な断面を有するように円弧状に切り欠かれている。このように、磁性層１１が切り欠き部１２を有するリング状を呈することによって、例えば磁性層１１の厚さを１ｎｍ〜１０ｎｍ程度まで小さくした場合においても、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁性層１１中に右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）の渦状磁化を生ぜしめることができるようになる。
【００１４】
したがって、図２に示すように、例えば右回りの渦状磁化に対して０を割り当て、左回りの渦状磁化に対して１を割り当てるようにすれば、これらの０又は１の値に応じて、磁性層１１中に所定の情報を記録させることができるようになる。
【００１５】
なお、磁性層１１中における右回り及び左回りの磁化は、磁性層１１に対して５００Ｏｅ〜２０００Ｏｅ程度の大きさの磁場を互いに逆向きに印加することによって実施するが、図２（ａ）から図２（ｂ）の状態に移行する際、あるいは図２（ｂ）から図２（ａ）の状態に移行する際、図２（ｃ）に示すような磁化状態を経るようになる。
【００１６】
切り欠き部１２の高さｈの、リング形状の磁性層１１の外径Ｈ１に対する比（ｈ／Ｈ１）は、０．０１以上であることが好ましく、さらには０．０５以上であることが好ましい。磁性層１１の外周部を上述したような大きさで切り欠くことにより、本発明の目的をより効果的に達成することができる。
【００１７】
なお、前記比（ｈ／Ｈ１）の上限は特に規定されるものではないが、０．２であることが好ましい。前記比を０．２を超えて大きくしても本発明の作用効果のさらなる向上を図ることができないとともに、磁性層１１中に上述した渦状の磁化を生成させることができず、磁性層１１を磁性メモリとして使用できなくなる場合がある。
【００１８】
また、磁性層１１のリング形状に保持するためには、切り欠き部１２の高さｈと、磁性層１１の外径Ｈ１及び内径Ｈ２とは、ｈ＜（Ｈ１−Ｈ２）／２なる関係を満足する必要がある。
【００１９】
磁性層１１は、例えばＮｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、及びＣｏ−Ｆｅなどの室温強磁性体から構成することができる。なお、室温強磁性体とは、室温において強磁性的性質を示す磁性体を意味し、上述した磁性材料の他に公知の磁性材料を含むことができる。
【００２０】
また、磁性層１１の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍに設定することが好ましく、さらには３ｎｍ〜５ｎｍに設定することが好ましい。これによって、十分な大きさの渦状磁化を生ぜしめることができ、０又は１に対応した所定の情報を安定的に記録することができるようになる。
【００２１】
図３は、図１に示す磁性層を含む磁性メモリの具体的な一態様を示す構成図である。図３に示す磁性メモリ３０においては、図１に示すような磁性層２１上において、非磁性層２２を介して追加の磁性層２３が形成されるとともに、追加の磁性層２３上において反強磁性層２４が形成されている。磁性層２１は、上述したように外周部を切り欠いたリング形状を呈しており、非磁性層２２から反強磁性層２４も磁性層２１と同心円状に積層されてなり、それぞれリング形状を呈するように構成されている。
【００２２】
磁性層２１は、上述したように右回り（時計回り）又は左回り（反時計回りに）に磁化され、その磁化に応じて０又は１が割り当てられ、所定の情報が記録されるようになっている。
【００２３】
図３に示す磁性メモリ３０において、追加の磁性層２３は、予め右回り（時計方向）又は左回り（反時計方向）に渦状磁化されており、この磁化は反強磁性層２４との交換結合によって固定されている。なお、磁性層２１と追加の磁性層２３とは非磁性層２２によって磁気的に分断されている。
【００２４】
磁性層２１は、上述したような室温強磁性体から構成することができ、１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに形成することができる。また、追加の磁性層２３についても同様の室温強磁性体から構成することができ、１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに形成する。
【００２５】
非磁性層２２は、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕなどの非磁性材料から構成することができ、反強磁性層２４はＭｎ−Ｉｒ、Ｍｎ−Ｐｔ、及びＦｅ−Ｍｎなどの反強磁性材料から構成することができる。なお、非磁性層２２の厚さ及び反強磁性層２４の厚さは、それぞれ磁性層２１及び追加の磁性層２３間を磁気的に分断できるように、さらには追加の磁性層２３中の磁化を交換結合を通じて磁気的に固定できるように適宜に設定する。
【００２６】
磁性層２１に対して所定の磁場が印加され、磁化状態が図２（ａ）から図２（ｂ）に示すように変化する際、又は図２（ｂ）から図２（ａ）に示すように変化する際、追加の磁性層２３の磁化方向に応じて磁性メモリ３０の電気抵抗が大きく変化する。
【００２７】
図４は、磁化のスイッチング過程における磁性メモリ３０の電気抵抗変化を概念的に示すグラフである。例えば、追加の磁性層２３が右回り（時計方向）に磁化されているとすると、磁性層２１の磁化状態が図２（ａ）（右回り）から図２（ｂ）（左回り）に示すように変化する際、図４（ａ）に示すように、印加磁場のスイッチング過程における零磁場近傍において磁性メモリ３０の電気抵抗は大きく増大する。一方、磁性層２１の磁化状態が図２（ｂ）（左回り）から図２（ａ）（右回り）に示すように変化する際、図４（ｂ）に示すように、印加磁場のスイッチング過程における零磁場近傍において磁性メモリ３０の電気抵抗は大きく減少する。
【００２８】
なお、磁性メモリ３０からの０又は１情報の読み出しは、磁性層２１の磁化の向きの、追加の磁性層２３の磁化の向きに対する相対的な関係に依存した抵抗値による電流値変化に基づいて実行する。すなわち、磁性層２１が右回り又は左回りに渦状に磁化されて、磁性層２１の磁化の向きと追加の磁性層２３の磁化の向きとが同じ（平行）である場合においては、磁性メモリ３０の電気抵抗は減少する。したがって、このときに磁性メモリ３０を流れる電流値は大きくなる。
【００２９】
一方、磁性層２１の渦状磁化の向きと追加の磁性層２３の渦状磁化の向きとが逆（反平行）である場合においては、磁性メモリ３０の電気抵抗は増大する。したがって、このときに磁性メモリ３０を流れる電流値は小さくなる。
【００３０】
すなわち、追加の磁性層２３を予め右回り又は左回りに渦状磁化させておいた場合において、磁性層２１の所定の磁場を印加して磁化された渦状磁化の向き、すなわち記録させた０又は１の情報に応じて磁性メモリ３０の電気抵抗が変化する。したがって、このときの電流値変化を計測することによって、磁性層２１の記録された０又は１の情報を読み出すことができるようになる。
【００３１】
【実施例】
磁性層及び追加の磁性層をＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金から厚さ５ｎｍに形成し、非磁性層をＣｕから厚さ２．５ｎｍに形成し、反強磁性層をＦｅ−４０ａｔ％Ｍｎ合金から厚さ１０ｎｍに形成して、図３に示すような磁性メモリを作製した。なお、各層はそれぞれリング形状とし、外径及び内径はそれぞれ１０００ｎｍ及び５００ｎｍとした。また、切り欠き部の高さは５０ｎｍとした。
【００３２】
このようにして得た磁性メモリに対して所定の磁場を印加し、磁性メモリにおける記録層としての前記磁性層中の磁化がどのようにして変化するのかについてシュミレーションした。図５にシュミレーション結果を示す。
【００３３】
図５から明らかなように、印加磁場を２０００Ｏｅから−１００Ｏｅに変化させた場合において、図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、磁性層中における左回り（反時計回り）の磁化の占める割合が、右回り（時計回り）の磁化の占める割合に比較して徐々に増加し、前記磁化の向きが右回りから左回りに変化することが確認された。同様に、印加磁場を−２０００Ｏｅから１００Ｏｅに変化させた場合において、図５（ｆ）〜（ｊ）に示すように、磁性層中における右回り（時計回り）の磁化の占める割合が、左回り（反時計回り）の磁化の占める割合に比較して徐々に増加し、前記磁化の向きが左回りから右回りに変化することが確認された。
【００３４】
以上、具体例を示しながら発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変形や変更が可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、磁性層の厚さに関係なく渦状磁化を生成することができ、前記渦状磁化の向きに応じて情報を安定的に記録できるようにした磁性メモリ及び磁性メモリアレイを提供することができる。さらには、前記磁性メモリに対する情報の記録方法及び再生方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の磁性メモリを構成する磁性層の形状を概略的に示す図である。
【図２】 図１に示す磁性層中の磁化状態を示す図である。
【図３】 磁性メモリの具体的な一態様を示す構成図である。
【図４】 磁化のスイッチング過程における磁性メモリの電気抵抗変化を概念的に示すグラフである。
【図５】 磁性メモリを構成する磁性層における磁化のスイッチング過程を示すシュミレーション図である。
【符号の説明】
１１、２１ 磁性層
１２ 切り欠き部
２２ 非磁性層
２３ 追加の磁性層
２４ 反強磁性層
３０ 磁性メモリ

Claims (18)

1. 外周部を円弧状に切り欠いてなる、厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍの、リング形状の膜面を有する磁性層を具え、前記磁性層を前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化させて０又は１の情報を記録するようにしたことを特徴とする磁性メモリ。
2. 前記磁性層の外周部における切り欠き部の高さをｈとし、前記磁性層の外径をＨ１とした場合において、前記切り欠き部の高さｈと前記外径Ｈ１との比（ｈ／Ｈ１）が０．０１以上であることを特徴とする、請求項１に記載の磁性メモリ。
3. 前記磁性層は室温強磁性体から構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁性メモリ。
4. 前記磁性層上において、非磁性層を介してリング形状の膜面を有する追加の磁性層を設けたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の磁性メモリ。
5. 前記追加の磁性層は室温強磁性体から構成されたことを特徴とする、請求項４に記載の磁性メモリ。
6. 前記追加の磁性層の厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項４又は５に記載の磁性メモリ。
7. 前記追加の磁性層の、前記磁性層と対向する面とは反対側の主面と隣接するようにして反強磁性層を設けたことを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一に記載の磁性メモリ。
8. 前記追加の磁性層は、前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）で渦状に磁化されていることを特徴とする、請求項４〜７のいずれか一に記載の磁性メモリ。
9. 前記追加の磁性層における磁化の向きが固定されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の磁性メモリ。
10. 請求項１〜９のいずれか一に記載の磁性メモリを複数規則的に配列してなることを特徴とする、磁性メモリアレイ。
11. リング形状の膜面を有する磁性層を具える磁性メモリの記録方法であって、
    前記磁性層は、１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有するとともに、外周部を円弧状に切り欠いてなり、
    前記磁性層を前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に磁化させて０又は１の情報を記録するようにしたことを特徴とする、磁性メモリの記録方法。
12. 前記磁性層の外周部における切り欠き部の高さをｈとし、前記磁性層の外径をＨ１とした場合において、前記切り欠き部の高さｈと前記外径Ｈ１との比（ｈ／Ｈ１）が０．０１以上であることを特徴とする、請求項１１に記載の磁性メモリの記録方法。
13. 前記磁性層は室温強磁性体から構成されることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の磁性メモリの記録方法。
14. リング形状の膜面を有する磁性層を具える磁性メモリの読み出し方法であって、
    前記磁性層は、１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有するとともに、外周部を円弧状に切り欠いてなり、
    前記磁性層上において、非磁性層を介してリング状の膜面を有する追加の磁性層を設けるとともに、前記追加の磁性層を前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化し、前記磁性層を前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化させて記録した０又は１の情報を、前記追加の磁性層における磁化の向きと前記磁性層における磁化の向きとの依存した抵抗値に基づく電流値変化から読み出すようにしたことを特徴とする、磁性メモリの読み出し方法。
15. 前記追加の磁性層の、前記磁性層と対向する面とは反対側の主面と隣接するようにして反強磁性層を設け、前記追加の磁性層の磁化の向きを固定したことを特徴とする、請求項１４に記載の磁性メモリの読み出し方法。
16. 前記磁性層の外周部における切り欠き部の高さをｈとし、前記磁性層の外径をＨ１とした場合において、前記切り欠き部の高さｈと前記外径Ｈ１との比（ｈ／Ｈ１）が０．０１以上であることを特徴とする、請求項１４又は１５に記載の磁性メモリの読み出し方法。
17. 前記磁性層は室温強磁性体から構成されることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一に記載の磁性メモリの読み出し方法。
18. 前記追加の磁性層の厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか一に記載の磁性メモリの読み出し方法。

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