JPH03203084A - 磁性半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ＩＯＧビット／ｃｒｉ２という超高密度メ
モリを実現することができる磁性半導体装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課８］従来、
メモリとして半導体（Ｓｉ等）を利用したもの、薄膜磁
性体を利用したもの（ＦＤ、ＨＤ、ＭＴ、光ディスク、
光磁気ディスク等）がある。

これらのうち、前者は素子加工精度の限界から、素子当
りの占有面積は１０μｍ２　（約１０Ｍビット／ｃａｂ
２）オーダーである。

また、後者において、光ディスク、光磁気ディスク等で
は、グループの加工の精度によりメモリの稠密度は半導
体利用のものと同程度となり、ＦＤ等はマクロな磁化の
揺らぎを用いているため、メモリの稠密度は半導体利用
のものの１０乃至１００倍程度である。

しかし、これら従来のメモリの記録密度は十分なものと
はいえず、更に高密度のメモリが望まれている。

この発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであ
って、現存するメモリの限界を大きく超えた超高密度メ
モリを実現することが可能な磁性半導体装置を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る磁性半導体装置は、有限温度に強磁性−
パラ磁性転位温度を有し、不純物濃度又は格子欠陥密度
を制御された磁性半導体層と、この磁性半導体層の電位
を一定に保つための電極と、前記磁性半導体層の表面近
傍の局所的電子濃度を制御するための微細電極とを具備
することを特徴とする。

［作用コ この発明においては、磁性半導体中の伝導電子と局在磁
気能率との間の強い相互作用（〜０．　１ｅＶ）に着目
している。すなわち、この相互作用により不純物又は格
子欠陥に束縛された伝導電子がその周りに巨大磁気能率
を発生させ、この伝導電子が安定に存在し得る。この現
象をメモリとして利用することにより、極めて高密度の
メモリを得ることができる。

［実施例］ 以下、この発明について詳細に説明する。

第２図は磁性半導体において、電子の束縛中心（ｒ−０
）からの距離「の関数としてエネルギを図示したもので
あり、この発明の原理を示すための図である。図中Ｅ−
０は伝導帯の底を意味する。

第２図（ａ）は束縛電子が存在しない場合であり、−ｅ
　２／ｒは束縛中心からのクーロンポテンシャルを表わ
す。

第２図（ｂ）は束縛電子が存在する場合を示し、ポテン
シャルとしては、上記クーロンポテンシャルに巨大磁気
能率Ｓ　（ｒ）による負のポテンシャル−１・５（ｒ）
（ここで、■は伝導電子と局在磁気能率との相互作用で
あり、局在磁気能率とは不純物の位置に局在している磁
気能率をいう）が付加されている。

いま、第２図（ａ）及び（ｂ）の状態の自由エネルギを
夫々Ｆ、、Ｆ、と表わすと、強磁性−パラ磁性転位温度
（キュリー温度Ｔｃ）の近傍でＦｉ、＜Ｆ、となること
、すなわち電子の束縛された状態がより安定になること
が知られている。

このとき形成された巨大磁気能率に寄与する局在磁気能
率の個数は１０３〜１０’個であり、その広がりの大き
さは、格子間隔（散大程度）を単位として１０〜２０で
ある。すなわちその広がりの半径は１００〜２００人程
度であり、長さ１ｃｍあたり５Ｘ１０５個、単位面積（
１ｃ１１２）あたり２．５Ｘ１０”個の局在磁気能率が
存在し得ることとなる。

メモリ状態を実現するためには、所望の位置に束縛電子
を形成させ、これにより巨大磁気能率を誘起させてメモ
リとする。このメモリ状態は安定であり、上述の計算に
よりメモリの集積度として少なくともＩＯＣビット／ｃ
ｍ２　（１０”ビット／ｃｔｘ２）を実現することがで
きる。

なお、束縛電子により誘起された巨大磁気能率を消失さ
せてメモリを消去するためには、外部から負の直流電界
又はパルス状電界を印加して、束縛された電子を解放す
ればよい。

次に、このような原理を応用した具体的な素子について
第１図を参照しながら説明する。

第１図中、参照番号１は素子形成用基板であり、この基
板ｌ上に電極層２、磁性半導体層３がその順に形成され
ている。電極層２は磁性半導体層３の電位を一定に保持
するものである。磁性半導体層３を構成する材料として
は、希土類カルコゲナイド、スピネル、Ｃｄ−Ｍｎ−Ｔ
ｅのような稀薄磁性半導体等がある。

磁性半導体層３の上には絶縁体層４が設けられており、
その上に上部電極層５が形成されている。

絶縁体層４の所望の位置にはテーパエツチングが施され
ており、磁性半導体層３に局所的に外部電界を印加でき
るように微細電極６が形成されている。

電源７は電極層２と電極層５とに接続されており、これ
らの間に電圧を印加するようになっている。

このように構成された素子においては、上部電極層５を
磁性半導体層３に対し十にし、その大きさを調節するこ
とにより、電子の束縛状態を実現する位置を指定するこ
とができる。そして、これにより巨大磁気能率が誘起さ
れてメモリ状態が実現される。

また、上部電極層５を磁性半導体層３に対し−にするか
、又は上部電極層５にパルス状電圧を印加することによ
り、束縛電子を解放することができ、これによりメモリ
を消去することができる。

なお、この発明の磁性半導体装置は、上記素子の形態に
限定されることなく、上述のような原理を利用している
限り種々の変形が可能である。

［発明の効果］ この発明によれば、局所的な磁化をメモリとして用いる
ことができる磁性半導体装置を提供することができる。

このため、１０Ｇビツト／ｃ１１２という超高密度を実
現することができ、種々の補助記憶装置に適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る磁性半導体装置を示す
断面図、第２図はこの発明の詳細な説明するための図で
ある。 １；基板、２．５；電極層、３；磁性半導体層、４：絶
縁体層、６；微細電極、７；電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有限温度に強磁性−パラ磁性転位温度を有し、不純物濃
   度又は格子欠陥密度を制御された磁性半導体層と、この
   磁性半導体層の電位を一定に保つための電極と、前記磁
   性半導体層の表面近傍の局所的電子濃度を制御するため
   の微細電極とを具備することを特徴とする磁性半導体装
   置。