DE69923386T2 - Bauelement mit magnetischem Material und Adressierverfahren dafür - Google Patents

Bauelement mit magnetischem Material und Adressierverfahren dafür Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Magnetisierung eines magnetischen Materials. Genauer gesagt, betrifft sie ein Bauelement unter Verwendung eines magnetischen Materials, wie ein Informationsaufzeichnungselement zum Aufzeichnen von Information durch Einstellen der Magnetisierung des magnetischen Materials, oder ein Element mit variablem Widerstand zum Einstellen des elektrischen Widerstands durch Einstellen der Magnetisierung des magnetischen Materials, sowie ein Adressierverfahren bei einer ein derartiges Element verwendenden Einrichtung.
  • Beschreibung der einschlägigen Technik
  • Ein Element unter Verwendung eines magnetischen Materials ist hinsichtlich zweier Punkte im Vergleich zu einem Halbleitermaterial attraktiv. Erstens können, da elektrisch leitende Metalle verwendet werden können, eine hohe Ladungsträgerdichte und ein niedriger Widerstand erzielt werden. Daher wird erwartet, dass ein Element unter Verwendung eines magnetischen Materials zu einer Verkleinerung der Designregel und hoher Integration geeignet ist. Zweitens kann eine bistabile Magnetisierungsrichtung verwendet werden, wie sie für einen nichtflüchtigen Speicher geeignet ist. Das heißt, dass dann, wenn bistabile Magnetisierungsrichtungen verwendet werden, wie sie einem magnetischen Material eigen sind, vermutlich ein nichtflüchtiger Festkörperspeicher geschaffen werden kann, bei dem die aufgezeichnete Information selbst bei Unterbrechung der Schaltungsspannungsquelle nicht verloren geht.
  • Indessen wird erwartet, dass ein nichtflüchtiger Festkörperspeicher, bei dem die aufgezeichnete Information selbst bei Unterbrechung der Schaltungs spannungsquelle nicht verlorengeht, auf vielen Anwendungsgebieten von Nutzen sein wird. Insbesondere verbraucht ein nichtflüchtiger Festkörperspeicher während Nichtgebrauchszeiten keine Energie, und demgemäß wird dies als Schlüsseltechnologie zum Verringern der Kapazität und des Gewichts einer Batterie bei tragbaren elektronischen Informationseinrichtungen erwartet. Andererseits findet ein nichtflüchtiger Festkörperspeicher vor dem Hintergrund der Entwicklung des Zeitalters von Satellitenmediengeschäften weite Anwendung zum Unterstützen der Aktivitäten eines Satelliten im Erdschatten, wo eine Solarbatterie unbrauchbar wird.
  • Ein Element unter Verwendung eines magnetischen Materials zeigt Vorteile wie i) Nichtflüchtigkeit, ii) keine Beeinträchtigung bei wiederholtem Gebrauch, iii) die Möglichkeit eines Schreibens mit hoher Geschwindigkeit, iv) kleine Größe und Anpassbarkeit an eine hohe Aufzeichnungsdichte, und v) hervorragende Beständigkeit gegen Strahlungen. Diese Vorteile werden nachfolgend detailliert erörtert.
  • i) Nichtflüchtigkeit
  • Dank der Bistabilität der Magnetisierungsrichtung, wie sie einem magnetischen Material eigen ist, bleibt die als Magnetisierungsrichtung eingeschriebene Information beim Fehlen der Treiberspannung unverändert aufrechterhalten.
  • ii) Keine Beeinträchtigung bei wiederholtem Gebrauch
  • Es wird auch ein Speicher unter Verwendung eines dielektrischen Materials vorgeschlagen, der Bistabilität wie ein magnetisches Material zeigt (ferroelektrischer Direktzugriffsspeicher, FRAM). Bei diesem FRAM wird der Speicherzustand dadurch umgeschrieben, dass die spontane dielektrische Polarisation umgekehrt wird. Da jedoch die Umkehr der spontanen dielektrischen Polarisation entsprechend einem Umschreiben des Speichervorgangs mit einer Ionenbewegung im Kristallgitter einhergeht, führt ein wiederholtes Umschreiben über eine Million mal zur Entstehung von Kristalldefekten. Demgemäß stellt bei einem FRAM die Betriebslebensdauer des Elements, die wegen einer Ermüdung des Materials nicht überschritten werden kann, ein Problem dar. Andererseits kann, da die Magnetisierungsumkehrung eines magnetischen Materials nicht mit einer Ionenbewegung einhergeht, ein ein magnetisches Material verwendendes Element beinahe unbegrenzt für Umschreibvorgänge ohne Einschränkung durch Materialermüdung verwendet werden.
  • iii) Möglichkeit des Schreibens mit hoher Geschwindigkeit
  • Die Geschwindigkeit der Magnetisierungsumkehr eines magnetischen Materials hat die hohe Geschwindigkeit von ungefähr einer ns, so dass durch Ausnutzung dieser hohen Schaltrate ein Schreiben mit hoher Geschwindigkeit möglich wird.
  • iv) Geringe Größe und Anpassbarkeit an ein Aufzeichnen mit hoher Dichte
  • Die magnetischen Eigenschaften einer magnetischen Legierung können abhängig von der Auswahl der Zusammensetzung oder Struktur extensiv variiert werden. Demgemäß besteht bei einem Element unter Verwendung eines magnetischen Materials ein extrem hoher Designfreiheitsgrad. Bei einem Element unter Verwendung eines magnetischen Materials ist es möglich, eine elektrisch leitende magnetische Legierung zu verwenden. Wenn eine elektrisch leitende magnetische Legierung verwendet wird, ist für eine Stromdichte im Element über der bei Verwendung eines Halbleiters gesorgt, was eine weitere Miniaturisierung und eine höhere Aufzeichnungsdichte ermöglicht, als dies bei Verwendung eines Halbleiterelements möglich ist.
  • Als Element unter Ausnutzung dieser Eigenschaften wurde ein Spintransistor, wie er in Journal of Society of Applied Magnetic Science of Japan, vol. 19,684 (1995) beschrieben ist, vorgeschlagen. Bei einem Spintransistor besteht der Emitter aus einem magnetischen Material E, während sein Kollektor und seine Basis aus einem magnetischen Material C bzw. einem unmagnetischen Material B bestehen, wie es in der 1 dargestellt ist. Bei diesem Spintransistor wird eine von der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Materialien C, E abhängige Ausgangsspannung durch die Polarisationsdichte erzeugt, die aus den magnetischen Materialien C, E zum unmagnetischen Material B ausleckt. Indessen ist die Struktur eines in der 1 dargestellten Spintransistors dergestalt, dass die Ausgangsspannung von der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Materialien C und E abhängt. Die Magnetisierungsrichtung wird dadurch geändert, dass einer Magnetisierungs-Stromleitung 500 Stromimpulse zur Magnetisierung zugeführt werden und das durch diese Stromimpulse P zur Magnetisierung erzeugte Magnetfeld an die magnetischen Materialien C und E angelegt wird.
  • v) Hervorragende Beständigkeit gegen Strahlungen
  • Wenn ionisierte Strahlungen Element durchsetzen, dessen Speicherzustand dadurch erzeugt wird, dass ein Ladevorgang in eine elektrische Kapazität erfolgt, wie bei einem dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), wird eine elektrische Entladung erzeugt, so dass die Speicherinformation verlorengeht. Demgegenüber wird die Magnetisierungsrichtung eines magnetischen Materials durch ionisierende Strahlung nicht gestört. So ist ein ein magnetischen Material nutzendes Element hinsichtlich der Beständigkeit gegen Strahlung hervorragend. Daher ist ein ein magnetischen Material nutzendes Element für Anwendungen besonders nützlich, bei denen hohe Beständigkeit gegen Strahlungen benötigt wird, wie bei einem Kommunikationssatelliten. Tatsächlich findet ein Magnetblasenspeicher, unter magnetische Materialien verwendenden Speichern, bereits Anwendung als in einem Kommunikationssatelliten untergebrachter Speicher.
  • Ein Bauteil unter Verwendung eines magnetischen Materials zeigt viele Vorteile, wie oben erörtert. Als Bauteil zum Nutzen dieser Vorteile wurde ein magnetischer Festkörperspeicher vorgeschlagen. Ein magnetischer Festkörperspeicher ist ein magnetisches Speicherbauteil unter Verwendung eines Arrays magnetischer Materialien als Speichermedium, und er führt, in Unterscheidung zu einem Magnetband oder einer Magnetplatte, einen Speichervorgang aus, ohne dass damit eine Bewegung eines Speichermediums einhergehen würde.
  • Beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher wird ein einfaches Adressierverfahren unter Ausnutzung der Eigenschaften des magnetischen Materials verwendet. Nun wird das Adressierverfahren beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher erläutert.
  • Beim magnetischen Festkörperspeicher wird ein magnetischer Dünnfilm verwendet, der uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt. Die Stärke des Magnetfilms, die dazu erforderlich ist, für eine Umkehr der Magnetisierung im magnetischen Dünnfilm zu sorgen, hängt von seiner Anlegungsrichtung ab. Das heißt, dass eine Magnetisierungsumkehrung bei kleinerer Magnetfeldstärke erzielt werden kann, wenn das Magnetfeld in einer Richtung angelegt wird, die um ungefähr 45° gegenüber der leichten Achse geneigt ist, als dann, wenn das Magnetfeld parallel in einer Richtung parallel zu dieser angelegt wird. Beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher können diese Eigenschaften dazu genutzt werden, Aufzeichnungsbits zu adressieren, um die Verwendung eines extrem einfachen Adressiersystems zu ermöglichen.
  • Das heißt, dass beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher Wortleitungen W1, W2, W3, ... sowie Bitleitungen B1, B2, B3, ... rechtwinklig zueinander angeordnet sind und Speicherträger A-1, A-2, ..., B-1, B-2, ..., C-1, C-2, ... an den Schnittpunkten angeordnet sind, wie es in der 2 dargestellt ist. Das heißt, dass beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher Speicherträger mit einer xy-Matrixkonfiguration angeordnet sind, um einen Speicherchip zu bilden. Die einfache Achse jedes Speicherträgers ist in der Wortleitungsrichtung ausgerichtet.
  • Wenn die Wortleitung W2 und die Bitleitung B1 ausgewählt werden und ein geeigneter Strom durch sie geschickt wird, erfolgt eine Magnetisierungsumkehrung nur in einem Speicherträger B-1 am Schnittpunkt der zwei Leitungen. Die Wortleitung W2 und die Bitleitung B1, die mit Strom versorgt werden, legen an eine Anzahl von an ihnen aufgereihten Speicherträgern ein Magnetfeld an. Es ist zu beachten, dass das Magnetfeld von entweder der Wortleitung W2 oder der Bitleitung B1 dazu ausreicht, für eine Magnetisierungsumkehrung zu sorgen. Nur dann, wenn das Magnetfeld HW von der Wortleitung W2 und das Magnetfeld HB von der Bitleitung B1 zusammengesetzt werden, um ein Magnetfeld zu ergeben, das um 45° zur leichten Achse ausgerichtet ist, wird eine Magnetisierungsumkehrung erzeugt, d.h., es wird nur im Speicherträger B-1 eine Magnetisierungsumkehrung erzeugt. Das bedeutet, dass beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher die Tatsache, dass eine Magnetisierungsumkehrung im Speicherträger nur dann induziert wird, wenn das an ihn angelegte Magnetfeld unter 45° zur einfachen Achse ausgerichtet ist, dazu genutzt wird, einen spezifizierten Speicherträger auszuwählen.
  • Das heißt, dass beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher ein spezifizierter Speicherträger ausgewählt werden kann, um eine Magnetisierungsumkehrung hervorzurufen, wozu eine einfache Anordnung mit einer Schnittstellenbildung elektrisch leitender Leitungen verwendet wird, um es zu ermöglichen, ein extrem vereinfachtes Adressiersystem zu verwenden.
  • Obwohl Elemente unter Verwendung eines magnetischen Materials eine Anzahl von Vorteilen anzeigen, wie oben erörtert, zeigen sich auch bestimmte Mängel. Die in Elementen unter Verwendung eines magnetischen Materials erzeugten Mängel werden unter Verwendung eines magnetischen Festkörperspeichers als Beispiel erläutert. Zu diesen nun erläuterten Mängeln kommt es ohne Ausnahme durch das Anlegen von Magnetfeldern bei Speicherträgern für einen Schreibvorgang.
  • i) Übersprechen
  • Beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher erfolgt ein Schreibvorgang in den Speicher durch Anlegen eines Magnetfelds an ihn. Da jedoch das Magnetfeld eine von einem entfernten Punkt auswirkende Kraft bildet, wirkt ein nicht vernachlässigbarer Effekt auf ein Gebiet in der Nachbarschaft des ausgewählten Speicherträgers, wenn die Speicherträgerdichte hoch ist, wodurch Übersprechen erzeugt wird. Obwohl von Z. G. Wang et al. in IEEE Trans Magn., Mag33, 4498 (1997) eine Designvorgehensweise für eine Speicherzelle mit einer Magnetfeld-Abschirmungsstruktur mitgeteilt ist, weist diese vorgeschlagene Speicherzelle eine komplizierte Struktur auf.
  • ii) Verringerte Koerzitivfeldstärke auf Grund einer Verkleinerung der Designregel
  • Bei einem herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher wird das Schreib-Magnetfeld durch einen Strom erzeugt. Jedoch existiert für die durch einen Leiter transportierbare Stromdichte i[A/m2] abhängig von verwendeten Material eine Grenze. Das Ergebnis besteht darin, dass dann, wenn die Designregel feiner wird und der Durchmesser des Leiters kleiner wird, die Obergrenze des verwendbaren Stroms abnimmt.
  • Wenn der Durchmesser eines Leiters D[m] ist, ist die Stärke H[A/m] des Magnetfelds in einem Abstand L vom Zentrum des Leiters durch die Gleichung (1) gegeben: H = (πiD2/4)/4(2πL) (1)
  • Der Mitte-Mitte-Abstand zwischen dem Leiter und dem Speicherträger ist nicht wesentlich kleiner als D, so dass dann, wenn L = D gilt, die Stärke des an den Speicherträger angelegten Magnetfelds durch die Gleichung (2) gegeben ist: H = (πiD2/4)/(2πL) = iD/8 (2)
  • Wenn die zulässige Stromdichte i dergestalt ist, dass i = 107[A/cm2]= 1011[A/m2] und D'[μm] = D[m] × 106 gilt, ist die Stärke des an den Speicherträger angelegten Magnetfelds H durch die Gleichung (3) gegeben: H = 12500 × D'[A/m] = 156 × D'[Oe] (3)
  • Das heißt, dass dann, wenn das magnetische Material als Speicherträger auf Grund einer Verkleinerung der Designregel dichter am Zentrum des Leiters liegt, wenn der Effekt berücksichtigt wird, dass sich der Speicherträger an die Quelle des Magnetfelds annähert, das maximale Magnetfeld, das verwendbar ist, im Verhältnis zum Wert der Designregel wesentlich abnimmt.
  • Andererseits muss die Koerzitivfeldstärke des Speicherträgers so konzipiert werden, dass durch das von außen angelegte Magnetfeld eine Magnetisierungsumkehrung erzielt wird. Demgemäß muss, wenn das an den Speicherträger anlegbare Magnetfeld mit einer Verkleinerung der Designregel abnimmt, die Koerzitivfeldstärke des Speicherträgers entsprechend verringert werden. Das heißt, dass bei einem magnetischen Festkörperspeicher die Koerzitivfeldstärke des Speicherträgers verringert werden muss. Wenn jedoch die Koerzitivfeldstärke des Speicherträgers übermäßig verringert wird, nimmt die Betriebszuverlässigkeit ab. Dies führt bei einem Speicher für eine tragbare elektronische Einrichtung, der in einer Umgebung, die einem störenden Magnetfeld von außen unterliegt, zu einem schwerwiegenden Problem.
  • Diese Probleme, wie sie einem herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher eigen sind, treten auf Grund des Anlegens eines Magnetfelds für einen Schreibvorgang an den Speicherträger auf. Um diese Probleme zu überwinden, ist es erforderlich, die Probleme beginnend ab dem Adressierverfahren zum Spezifizieren eines optionalen Speicherträgers, der als Objekt für einen Schreib- oder Auslesevorgang ausgewählt wird, um die ins Auge gefasste Operation zu bewerkstelligen, neu zu überdenken.
  • Indessen ist das oben genannte Problem dem Anlegen eines Magnetfelds von außen, um den Magnetisierungszustand des Speicherträgers umzukehren, zuzuschreiben, und es ist nicht auf den Fall eines magnetischen Festkörperspeichers eingeschränkt. Ähnliche Probleme treten z. B. beim in der 1 dargestellten Spintransistor auf. Bei einem Spintransistor, der die Funktion realisiert, dass das Ausgangssignal abhängig von der Magnetisierungsrichtung des Bestandteilelements variiert, ein Eingabevorgang, d.h. der Vorgang des Variierens der Magnetisierungsrichtung des magnetischen Elements, das an der Ausgabeentscheidung Teil hat, durch das Anlegen eines Magnetfelds durch einen Strom in der Nähe, wie im Fall des oben genannten magnetischen Festkörperspeichers. Daher tritt das oben für den Fall eines magnetischen Festkörperspeichers spezifizierte Problem auch im Fall eines Spintransis tors auf.
  • Das obige Problem kann dann gelöst werden, wenn es möglich ist, die Magnetisierung ohne Verwendung eines Magnetfelds zu kontrollieren. Als Technik zum Kontrollieren der Magnetisierung ohne Verwendung eines Magnetfeld wurde eine Technik unter Verwendung einer ferromagnetischen Schicht/Halbleiterschicht/ferromagnetischen Schicht, die zusammen aufgeschichtet sind, vorgeschlagen, wie es von Mattson et al. in Phys. Rev. Lett. 71 (1993) 185 offenbart ist.
  • Dabei wird die Tatsache genutzt, dass die magnetische Kopplung zwischen den ferromagnetischen Schichten von der Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterschicht als Zwischenschicht abhängt. Bei der ferromagnetischen Schicht/Halbleiterschicht/ferromagnetischen Schicht, die gemeinsam aufgeschichtet sind, kann die magnetische Kopplung zwischen den ferromagnetischen Schichten beispielsweise dadurch von parallel auf antiparallel geändert werden, dass die Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterschicht als Zwischenschicht kontrolliert wird. Demgemäß ist es, wenn die Koerzitivfeldstärke einer der magnetischen Schichten (fixierte Schicht) erhöht wird, möglich, die Magnetisierung der magnetischen Schicht (bewegliche Schicht) auf der entgegengesetzten Seite in Bezug auf die fixierte Schicht zu drehen. Diese Technik, die eine Drehung der Magnetisierung durch ein elektrisches Eingangssignal ermöglicht, wird als vielversprechende Technik zum Realisieren eines kleinen Festkörperbauteils angesehen.
  • Indessen wird bei der ferromagnetischen Schicht/Halbleiterschicht/ferromagnetischen Schicht, die gemeinsam aufgeschichtet sind, zwischen den ferromagnetischen Schichten über die Halbleiterschicht eine indirekte magnetische Wechselwirkung erzeugt. Um die magnetische Kopplung zwischen den ferromagnetischen Schichten durch Kontrollieren der Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterschicht als Zwischenschicht zu kontrollieren, ist es erforderlich, die Filmdicke der Halbleiterschicht als Zwischenschicht zu verringern.
  • Der Grund besteht darin, dass die Stärke der Wechselwirkung zwischen den ferromagnetischen Schichten über die Halbleiterschicht exponentiell in Bezug auf die Dicke der Halbleiterschicht abnimmt. Um eine realistische Wechselwirkungsstärke zu realisieren, wird beispielsweise eine Koerzitivfeldstärke von 1000 Oe durch ein Austausch-Vormagnetisierungsverfahren einem Ni-Fe-Legierungsstück mit einer Dicke von 2 nm und einer Sättigungsmagneti sierung von 12500 Gauss zugewiesen. Um der Energie zum Umkehren der Magnetisierung der Ni-Fe-Legierung durch indirekte Wechselwirkung über die Halbleiterschicht ein Energieäquivalent zuzuweisen, kann durch einfache Berechnungen abgeschätzt werden, dass die Austauschkopplungskonstante nicht kleiner als 0,02 Erg/cm2 sein darf. Aus der These von J. J. de Vries in Physical Review Letters, 78 (1997), S. 3023, ist es erkennbar, dass der Abstand zwischen den ferromagnetischen Schichten ungefähr 2,5 nm betragen muss. Das heißt, dass, um für ein in der Praxis nützliches Element zu sorgen, die Dicke der Halbleiterschicht 2,5 nm oder weniger sein muss.
  • Es ist jedoch für zukünftige Feinbearbeitungstechniken nicht realistisch, ein Element mit einem Dünnfilm mit einer Dicke nicht über 2,5 nm herzustellen. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass dann, wenn ein derartiges Element tatsächlich hergestellt werden könnte, ein Halbleiterlaser mit dieser Größenordnung der Dicke auf Grund der Erzeugung einer Verarmungsschicht, zu der es durch eine Bildung einer Schottkybarriere an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und der ferromagnetischen Schicht kommt, im Wesentlichen als Isolationsbarriere wirken würde. Daher ist es schwierig, Ladungsträger zu injizieren.
  • Demgemäß kann ein Element aus einer ferromagnetischen Schicht/Halbleiterschicht/ferromagnetische Schicht, die zusammen aufgeschichtet sind, nicht ohne deutliche Schwierigkeiten hergestellt werden, obwohl es theoretisch möglich ist, die Halbleiterschicht ohne Verwendung eines Magnetfelds zu kontrollieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Element unter Verwendung eines magnetischen Materials zu schaffen, bei dem die Magnetisierung ohne Verwendung eines Magnetfelds kontrolliert werden kann. Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Element unter Verwendung eines magnetischen Materials zu schaffen, bei dem die für ein integriertes Schaltungselement unabdingbare Adressierfunktion realisiert werden kann, während gleichzeitig Probleme einhergehend mit einem Schreibvorgang unter Verwendung eines Magnetfelds, wie Übersprechen, die einer Verkleinerung der Designregel oder einer verringerten Koerzitivfeldstärke zuzuschreiben sind, gelöst sind.
  • Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung wird ein magnetisiertes Gebiet eines ferromagnetischen Materials durch ein Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial aufgeteilt, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält. Von außen wird ein Stimulus auf das Abstandshaltergebiet angewandt, um die magnetische Wechselwirkung zwischen aufgeteilten magnetisierten Gebieten zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer der aufgeteilten magnetisierten Gebiete einzustellen. Das Magnetisierungs-Einstellverfahren, ein Informationsaufzeichnungsverfahren und ein Informationsaufzeichnungselement gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
  • Beim Magnetisierungs-Einstellverfahren gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung wird das magnetisierte Gebiet durch ein Abstandshaltergebiet aufgeteilt, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält. Von außen wird ein Stimulus auf das Abstandshaltergebiet angewandt, um die magnetische Wechselwirkung zwischen den aufgeteilten magnetischen Gebieten zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer der aufgeteilten magnetischen Gebiete einzustellen.
  • Dieses Magnetisierungs-Einstellverfahren verwendet die indirekte magnetische Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Gebieten, die durch das Abstandshaltergebiet vermittelt wird, um die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Gebiete einzustellen. Da das magnetische Material im Abstandshaltergebiet enthalten ist, kann die magnetische Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Gebieten aus ferromagnetischem Material selbst dann induziert werden, wenn das Abstandshaltergebiet eine erhöhte Dicke aufweist. Das heißt, dass beim vorliegenden Magnetisierungs-Einstellverfahren die Magnetisierung der magnetisierten Gebiete selbst dann eingestellt werden kann, wenn das Abstandshaltergebiet erhöhte Dicke aufweist.
  • Zum Magnetisierungs-Einstellverfahren gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung gehören das Aufteilen eines magnetisierten Gebiets aus ferromagnetischem Material durch ein Abstandshaltergebiet mit einer Dicke nicht unter 10 nm sowie das Anlegen eines Stimulus von außen an das Abstandshaltergebiet, um die magnetische Wechselwirkung zwischen aufgeteilten magnetisierten Gebieten zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer der aufteilten magnetisierten Gebiete einzustellen.
  • Bei einem Abstandshaltergebiet mit einer Dicke von nicht unter 10 nm ist es möglich, die Probleme zu vermeiden, zu denen es ansonsten durch Herstellschwierigkeiten oder Schwierigkeiten bei der Ladungsträgerinjektion auf Grund einer übermäßig geringen Dicke des Abstandshaltergebiets kommt. Ob wohl keine spezielle Einschränkung hinsichtlich der Obergrenze der Dicke des Abstandshaltergebiets besteht, wird die Dicke wünschenswerterweise angesichts des tatsächlichen Herstellprozesses nicht größer als ungefähr als 1 μm eingestellt.
  • Zu einem Magnetisierungs-Einstellverfahren (Informationsaufzeichnungsverfahren) gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung gehören das Aufteilen eines magnetisierten Gebiets aus einem ferromagnetischen Material durch ein Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält, das Anlegen eines Stimulus von außen an das Abstandshaltergebiet, um Aufzeichnungsinformation zu genügen, um die magnetische Wechselwirkung zwischen aufgeteilten magnetisierten Gebieten zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer der aufgeteilten magnetisierten Gebiete einzustellen, sowie das Ausführen eines binären oder höher-mehrwertigen Aufzeichnungsvorgangs abhängig von der Magnetisierungsrichtung des magnetisierten Gebiets.
  • Beim vorliegenden Magnetisierungs-Einstellverfahren (Informationsaufzeichnungsverfahren) wird die indirekte magnetische Wechselwirkung durch die magnetisierten Gebiete, vermittelt durch das Abstandshaltergebiet, dazu genutzt, die Magnetisierungs-Einstellverfahrensrichtung der magnetisierten Gebiete einzustellen, um die Information aufzuzeichnen. Da das magnetische Material im Abstandshaltergebiet enthalten ist, kann die magnetische Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Gebieten aus ferromagnetischem Material selbst dann induziert werden, wenn das Abstandshaltergebiet erhöhte Dicke aufweist. Das heißt, dass beim vorliegenden Informationsaufzeichnungsverfahren die Magnetisierung der magnetisierten Gebiete zum Aufzeichnen von Information selbst dann eingestellt werden kann, wenn das Abstandshaltergebiet erhöhte Dicke aufweist.
  • Zu einem Magnetisierungs-Einstellverfahren (Informationsaufzeichnungsverfahren) gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung gehören das Aufteilen eines magnetisierten Gebiets aus ferromagnetischem Material durch ein Abstandshaltergebiet mit einer Dicke nicht unter 10 nm, das Anlegen eines Stimulus von außen an das Abstandshaltergebiet, um Information zu genügen, um die magnetische Wechselwirkung zwischen aufgeteilten magnetisierten Gebieten zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer der aufgeteilten magnetisierten Gebiete einzustellen, sowie das Ausführen eines binären oder höher-mehrwertigen Aufzeichnungsvorgangs abhängig von der Magnetisierungsrichtung des magnetisierten Gebiets.
  • Mit einem Abstandshaltergebiet mit einer Dicke nicht unter 10 nm ist es möglich, die Probleme zu vermeiden, die andernfalls durch Herstellschwierigkeiten oder Schwierigkeiten bei der Ladungsträgerinjektion auf Grund einer übermäßig geringen Dicke des Abstandshaltergebiets hervorgerufen werden. Obwohl keine spezielle Einschränkung hinsichtlich der Obergrenze der Dicke des Abstandshaltergebiets besteht, ist die Dicke angesichts des tatsächlichen Herstellprozesses wünschenswerterweise nicht größer als ungefähr 1 μm.
  • Ein Informationsaufzeichnungselement gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung verfügt über eine Struktur, bei der ein magnetisiertes Gebiet aus ferromagnetischem Material durch ein Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial aufgeteilt ist, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält. Der Stimulus zum Genügen der aufzuzeichnenden Information wird von außen an das Abstandshaltergebiet angelegt, um die magnetische Wechselwirkung zwischen aufgeteilten magnetisierten Gebieten zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer aufgeteilter magnetisierter Gebiete einzustellen, und es erfolgt ein binärer oder höher-mehrwertiger Aufzeichnungsvorgang abhängig von der Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Gebiete.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement wird die indirekte magnetische Wechselwirkung, vermittelt durch das Abstandshaltergebiet, dazu genutzt, die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Gebiete einzustellen, um Information aufzuzeichnen. Da im Abstandshaltergebiet ein magnetisches Material enthalten ist, kann die magnetische Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Gebieten aus ferromagnetischem Material selbst dann induziert werden, wenn das Abstandshaltergebiet erhöhte Dicke aufweist. Das heißt, dass beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement die Magnetisierung der magnetisierten Gebiete zum Aufzeichnen von Information selbst dann eingestellt werden kann, wenn das Abstandshaltergebiet erhöhte Dicke aufweist.
  • Ein Informationsaufzeichnungselement gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung verfügt über eine Struktur, bei der ein magnetisiertes Gebiet aus ferromagnetischem Material durch ein Abstandshaltergebiet mit einer Dicke nicht unter 10 nm aufgeteilt ist. Zum Genügen aufzuzeichnender Information wird von außen ein Stimulus an das Abstandshaltergebiet angelegt, um die magnetische Wechselwirkung zwischen aufgeteilten magnetisierten Gebieten zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer aufgeteilter magnetisierter Gebiete einzustellen, und es erfolgt ein binärer oder höher-mehrwertiger Aufzeichnungsvorgang abhängig von der Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Gebiete.
  • Mit einem Abstandshaltergebiet mit einer Dicke nicht unter 10 nm ist es möglich, die Probleme zu vermeiden, die andernfalls durch Herstellschwierigkeiten oder Schwierigkeiten bei der Ladungsträgerinjektion auf Grund einer übermäßig geringen Dicke des Abstandshaltergebiets hervorgerufen werden. Obwohl keine spezielle Einschränkung hinsichtlich der Obergrenze der Dicke des Abstandshaltergebiets besteht, ist die Dicke angesichts des tatsächlichen Herstellprozesses wünschenswerterweise nicht größer als ungefähr 1 μm.
  • Beim Magnetisierungs-Einstellverfahren, Informationsaufzeichnungsverfahren oder Informationsaufzeichnungselement gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung kann der Stimulus von außen eine elektrische Stimulation, Bestrahlung mit Licht oder eine Temperatureinstellung sein. Als für das Abstandshaltergebiet verwendetes Verbundmaterial können magnetische Halbleiter, ein Medium aus in einem magnetischen Halbleiter verteilten ferromagnetischen Materialien, eine mehrschichtige Filmanordnung aus einem ferromagnetischen Film und einem Halbleiterfilm sowie eine mehrschichtige Filmanordnung aus einem ferromagnetischen Film und einem magnetischen Halbleiterfilm aufgelistet werden. Diese können alleine oder im Kombination für das Abstandshaltergebiet verwendet werden.
  • Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung besteht eine Schicht-Filmanordnung aus einer elektrisch leitenden Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehreren magnetischen Schichten, zwischen denen die elektrisch leitende Schicht angeordnet ist, und es wird dafür gesorgt, dass Strom durch die elektrisch leitende Schicht der Schicht-Filmanordnung fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung derselben einzustellen. Das Magnetisierungs-Einstellverfahren, ein Informationsaufzeichnungsverfahren und ein Informationsaufzeichnungselement gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
  • Zu einem Magnetisierungs-Einstellverfahren gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung gehören das Aufbauen einer Schicht-Filmanordnung, die dadurch erhalten wird, dass eine elektrisch leitende Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehrere magnetischen Schichten so aufgeschichtet werden, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen den magnetischen Schichten enthalten ist, und das Hindurchschicken eines Stroms durch die elektrisch leitende Schicht der Schichtanordnung, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung derselben einzustellen.
  • Bei diesem Magnetisierungs-Einstellverfahren kann als elektrisch leitende Schicht ein Verbundmaterial, das eine magnetischeordnung in einer einzelnen Phase zeigende Substanz und ein unmagnetisches Material enthält, eine Schicht-Filmanordnung oder ein Film mit modulierter Zusammensetzung aus abwechselnd angeordneten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen einer unmagnetischen Zusammensetzung, oder eine dreidimensionale Mischung von Bereichen der ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen der unmagnetischen Zusammensetzung verwendet werden.
  • Beim Magnetisierungs-Einstellverfahren ist es möglich, Schichten aus einem Material mit einem elektrischen Widerstand über dem der elektrisch leitenden Schicht als oberer Schicht sowie einer Schicht unter der elektrisch leitenden Schicht anzubringen. Wenn in diesem Fall dafür gesorgt wird, dass ein Strom durch die Schicht-Filmanordnung fließt, konzentriert sich dieser in der elektrisch leitenden Schicht.
  • Ein Informationsaufzeichnungselement (magnetisches Funktionselement) gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung verfügt über eine Schichtanordnung, die dadurch erhalten wird, dass eine elektrisch leitende Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehrere magnetische Schichten so übereinander geschichtet werden, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen den magnetischen Schichten angeordnet ist. Es wird dafür gesorgt, dass in der elektrisch leitenden Schicht der Schichtanordnung ein Strom fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung derselben einzustellen. Bei diesem magnetischen Funktionselement werden magnetooptische Effekte, wie der magnetooptische Kerr-Effekt oder der Faraday-Effekt, dazu verwendet, für ein Ausgangssignal zu sorgen, das dem Magnetisierungszustand der magnetischen Schichten genügt.
  • Bei diesem Informationsaufzeichnungselement (magnetisches Funktionselement) können als elektrisch leitende Schicht ein Verbundmaterial, das eine magnetischeordnung in einer einzelnen Phase zeigende Substanz und ein unmagneti sches Material enthält, eine Schicht-Filmanordnung oder ein Film mit modulierter Zusammensetzung aus abwechselnd angeordneten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen einer unmagnetischen Zusammensetzung, oder eine dreidimensionale Mischung von Bereichen der ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen der unmagnetischen Zusammensetzung verwendet werden.
  • Bei diesem Informationsaufzeichnungselement (magnetischen Funktionselement) ist es möglich, Schichten aus einem Material mit einem elektrischen Widerstand über dem der elektrisch leitenden Schicht als oberer Schicht sowie einer Schicht unter der elektrisch leitenden Schicht anzubringen. Wenn in diesem Fall dafür gesorgt wird, dass ein Strom durch die Schicht-Filmanordnung fließt, konzentriert sich dieser in der elektrisch leitenden Schicht.
  • Zu einem Informationsaufzeichnungsverfahren (einschließlich eines Magnetisierungs-Einstellverfahrens) gehören das Aufbauen einer Schichtanordnung durch Aufschichten einer elektrisch leitenden Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehrerer magnetischer Schichten in solcher Weise, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen diesen angeordnet ist, das Hindurchschicken eines Stroms durch die elektrisch leitende Schicht der Schichtanordnung, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung derselben einzustellen, und das Ausführen eines binären oder höher-mehrwertigen Aufzeichnungsvorgangs auf Grundlage der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungsverfahren (einschließlich eines Magnetisierungs-Einstellverfahrens) können als elektrisch leitende Schicht ein Verbundmaterial, das eine magnetischeordnung in einer einzelnen Phase zeigende Substanz und ein unmagnetisches Material enthält, eine Schicht-Filmanordnung oder ein Film mit modulierter Zusammensetzung aus abwechselnd angeordneten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen einer unmagnetischen Zusammensetzung, oder eine dreidimensionale Mischung von Bereichen der ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen der unmagnetischen Zusammensetzung verwendet werden.
  • Auch ist beim vorliegenden Informationsaufzeichnungsverfahren (einschließlich eines Magnetisierungs-Einstellverfahrens) ist es möglich, Schichten aus einem Material mit einem elektrischen Widerstand über dem der elektrisch leitenden Schicht als oberer Schicht sowie einer Schicht unter der elektrisch leitenden Schicht anzubringen. Wenn in diesem Fall dafür gesorgt wird, dass ein Strom durch die Schicht-Filmanordnung fließt, konzentriert sich dieser in der elektrisch leitenden Schicht.
  • Ein Informationsaufzeichnungselement gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung verfügt über eine Schichtanordnung, die dadurch erhalten wird, dass eine elektrisch leitende Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehrere magnetische Schichten so aufeinander geschichtet werden, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen den magnetischen Schichten angeordnet ist. Es wird dafür gesorgt, dass ein Strom in der elektrisch leitenden Schicht der Schichtanordnung fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung derselben einzustellen, und es erfolgt ein binärer oder höher-mehrwertiger Aufzeichnungsvorgang auf Grundlage der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten. Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement wird die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten durch Ausnutzen des magnetooptischen Effekts, wie des magnetooptischen Kerr-Effekts oder des Faraday-Effekts, erfasst, um die aufgezeichnete Information auszulesen.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement können als elektrisch leitende Schicht ein Verbundmaterial, das eine magnetischeordnung in einer einzelnen Phase zeigende Substanz und ein unmagnetisches Material enthält, eine Schicht-Filmanordnung oder ein Film mit modulierter Zusammensetzung aus abwechselnd angeordneten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen einer unmagnetischen Zusammensetzung, oder eine dreidimensionale Mischung von Bereichen der ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen der unmagnetischen Zusammensetzung verwendet werden.
  • Auch ist es beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement möglich, Schichten aus einem Material mit einem elektrischen Widerstand über dem der elektrisch leitenden Schicht als oberer Schicht sowie einer Schicht unter der elektrisch leitenden Schicht anzubringen. Wenn in diesem Fall dafür gesorgt wird, dass ein Strom durch die Schicht-Filmanordnung fließt, konzentriert sich dieser in der elektrisch leitenden Schicht.
  • Ein Informationsaufzeichnungselement (Element mit variablem Widerstand) gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung verfügt über eine Schichtanordnung aus einer ersten magnetischen Schicht, einer zweiten magnetischen Schicht, einer unmagnetischen Schicht und einer dritten magnetischen Schicht, die aufeinander geschichtet sind. Es wird dafür gesorgt, dass ein Strom in der elektrisch leitenden Schicht der Schichtanordnung fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen der ersten magnetischen Schicht und der zweiten magnetischen Schicht zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht einzustellen, um den elektrischen Widerstand eines Strompfads einzustellen, der die zweite magnetische Schicht, die unmagnetische Schicht und die dritte magnetische Schicht enthält.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement (Element mit variablem Widerstand) können als elektrisch leitende Schicht ein Verbundmaterial, das eine magnetischeordnung in einer einzelnen Phase zeigende Substanz und ein unmagnetisches Material enthält, eine Schicht-Filmanordnung oder ein Film mit modulierter Zusammensetzung aus abwechselnd angeordneten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen einer unmagnetischen Zusammensetzung, oder eine dreidimensionale Mischung von Bereichen der ferromagnetischen Zusammensetzung und Bereichen der unmagnetischen Zusammensetzung verwendet werden.
  • Auch ist es beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement (Element mit variablem Widerstand) möglich, Schichten aus einem Material mit einem elektrischen Widerstand über dem der elektrisch leitenden Schicht als oberer Schicht sowie einer Schicht unter der elektrisch leitenden Schicht anzubringen. Wenn in diesem Fall dafür gesorgt wird, dass ein Strom durch die Schicht-Filmanordnung fließt, konzentriert sich dieser in der elektrisch leitenden Schicht.
  • Bei einer dritten Erscheinungsform ist die Erfindung eine Austauschwechselwirkung, die sich durch die feste Phase ausbereitet, als Maßnahme zum Konzipieren eines optionalen Speicherträgers, der zum Schreiben oder Auslesen ausgewählt wird, um die Zieloperation zu bewerkstelligen. Nachfolgend werden eine magnetische Speichervorrichtung und ein Adressierverfahren gemäß dieser dritten Erscheinungsform erläutert.
  • Eine magnetische Speichervorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Informationsaufzeichnungselement gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung verfügt über ein Array einer Vielzahl aufgeteilter magnetischer Elemente als Speicherträger, wobei eine Austauschwechselwirkung, die sich durch eine feste Phase ausbreitet, als Maßnahme verwendet wird, um einen optionalen von für einen Schreib- oder Auslesevorgang ausgewählten Speicherträgern zu spezifi zieren, um eine Zieloperation zu bewerkstelligen.
  • Beim Ausnutzen der sich durch die feste Phase ausbreitenden Austauschwechselwirkung wird eine Struktur mit einer Kopplungs-Einstellschicht verwendet, die zwischen zwei magnetische Schichten eingebettet ist. Die in diesem Fall verwendete Austauschwechselwirkung ist diejenige Austauschwechselwirkung, die zwischen zwei magnetischen Schichten wirkt, die zu beiden Seiten der Kopplungs-Einstellschicht angeordnet sind. Wenn der optionale Speicherträger für einen Schreib- oder Auslesevorgang ausgewählt wird, werden Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten, hervorgerufen durch das Anlegen von Stimuli, wie elektrischer oder optischer Stimuli, an die Kopplungs-Einstellschicht verwendet.
  • Als Kopplungs-Einstellschicht wird z. B. eine Halbleiterschicht verwendet. Die Austauschwechselwirkung wird durch Valenzelektronen der Halbleiterschicht vermittelt. Wenn ein optionaler Speicherträger für einen Schreib- oder Auslesevorgang ausgewählt wird, werden Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten, hervorgerufen durch das Anwenden elektrischer Stimuli auf die Halbleiterschicht, genutzt.
  • Als Kopplungs-Einstellschicht kann z. B. eine dielektrische Schicht verwendet werden. In diesem Fall wird die Austauschwechselwirkung durch Elektronen vermittelt, die durch den Tunneleffekt über die dielektrische Schicht zwischen den magnetischen Schichten wandern. Wenn ein optionaler Speicherträger für einen Schreib- oder Auslesevorgang ausgewählt wird, werden Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten, die durch Variieren der Tunnelbarrierehöhe der dielektrischen Schicht erzeugt werden, genutzt.
  • Als Kopplungs-Einstellschicht kann z. B. eine elektrisch leitende Schicht verwendet werden. In diesem Fall ist die verwendete Austauschwechselwirkung die Austauschwechselwirkung, die über die elektrisch leitende Schicht zwischen zwei magnetischen Schichten wirkt. Wenn ein optionaler Speicherträger für einen Schreib- oder Auslesevorgang ausgewählt wird, werden Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten, hervorgerufen durch einen durch die elektrisch leitende Schicht geschickten Strom, genutzt.
  • Auch kann als Kopplungs-Einstellschicht eine Schicht mit einer Filmdicke nicht unter 10 nm, die ein magnetisches Material enthält, verwendet werden.
  • Genauer gesagt, ist eine mehrschichtige Struktur aus einer magnetischen Schicht und einer nicht-ferromagnetischen Schicht oder eine Struktur mit einer Dispersion magnetischer Teilchen in einem unmagnetischen Material bevorzugt.
  • Bei dieser magnetischen Speichervorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Informationsaufzeichnungselement kann eine magnetische Schicht aus einem hartmagnetischen Material als untere Schicht für eine Struktur ausgebildet werden, die über eine Kopplungs-Einstellschicht verfügt, die zwischen zwei magnetischen Schichten eingebettet ist. Als magnetische Schichten, die zu den beiden Seiten der Kopplungs-Einstellschicht angeordnet sind, ist ein Schichtfilmanordnung mit einem Paar magnetischer Schichten vorhanden, die über eine Zwischenschicht so aufeinandergeschichtet sind, dass ihre Magnetisierungs-Einstellverfahrensrichtungen antiparallel zueinander sind. Zwischen den magnetischen Schichten und der Kopplungs-Einstellschicht kann ein Dünnfilm aus einem elektrisch isolierenden Material vorhanden sein, der die magnetische Kopplung vermittelt.
  • Bei dieser magnetischen Speichervorrichtung sind mehrere lineare Elemente einander schneidend angeordnet, wobei jeder Speicherträger an einem Schnittpunkt linearer Elemente angeordnet ist. Beim Auswählen eines optionalen Speicherträgers für einen Schreib- oder Auslesevorgang werden zwischen zwei oder mehr der linearen Elemente auf den Speicherträger ausgeübte magnetische Wechselwirkungen kombiniert, um für einen Schreib- oder Auslesevorgang an ausgewählten Speicherträgern zu sorgen, und mindestens eine der magnetischen Wechselwirkungen ist eine Austauschwechselwirkung, die sich durch eine feste Phase ausbreitet.
  • Bei der vorliegenden magnetischen Speichervorrichtung sind mehrere lineare Elemente einander schneidend angeordnet, wobei jeder Speicherträger an einem Schnittpunkt der linearen Elemente vorhanden ist. Beim Auswählen eines optionalen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen wird die Magnetisierungsrichtung eines Speicherträgers durch die Kombination magnetischer Wechselwirkungen kontrolliert, die von dreien oder mehr linearen Elementen auf den Speicherträger ausgeübt werden, wobei mindestens eine der magnetischen Wechselwirkungen eine sich durch eine feste Phase ausbreitende Austauschwechselwirkung ist.
  • Zu einem magnetische (Adressierverfahren) in einer magnetischen Speichervorrichtung mit einem Array einer Anzahl aufgeteilter magnetischer Elemente als Speicherträger gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung gehört das Ausnutzen der Austauschwechselwirkung, die sich durch eine feste Phase ausbreitet, wenn ein optionaler Speicherträger zum Schreiben oder Auslesen ausgewählt wird.
  • Beim Ausnutzen der sich durch die feste Phase ausbreitenden Austauschwechselwirkung wird eine Struktur aus einer Kopplungs-Einstellschicht verwendet, die zwischen zwei magnetische Schichten eingebettet ist. Die in diesem Fall genutzte Austauschwechselwirkung ist die Austauschwechselwirkung, die zwischen zwei magnetischen Schichten wirkt, die zu beiden Seiten der Kopplungs-Einstellschicht angeordnet sind. Wenn ein optionaler Speicherträger zum Schreiben oder Auslesen ausgewählt wird, werden Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten, erzeugt durch das Anlegen von Stimuli, wie elektrischer oder optischer Stimuli, an die Kopplungs-Einstellschicht genutzt.
  • Als Kopplungs-Einstellschicht wird z. B. eine Halbleiterschicht verwendet. Die Austauschwechselwirkung wird durch Valenzelektronen der Halbleiterschicht vermittelt. Wenn ein optionaler Speicherträger zum Schreiben oder Auslesen ausgewählt wird, werden Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten, erzeugt durch das Anlegen elektrischer Stimuli an die Halbleiterschicht, genutzt.
  • Als Kopplungs-Einstellschicht kann z. B. eine dielektrische Schicht verwendet werden. In diesem Fall wird die Austauschwechselwirkung durch Elektronen vermittelt, die über die dielektrische Schicht durch den Tunneleffekt zwischen den magnetischen Schichten wandern. Wenn ein optionaler Speicherträger zum Schreiben oder Auslesen ausgewählt wird, werden Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten, erzeugt durch Variieren der Tunnelbarrierehöhe der dielektrischen Schicht, genutzt.
  • Als Kopplungs-Einstellschicht kann z. B. eine elektrisch leitende Schicht verwendet werden. In diesem Fall ist die verwendete Austauschwechselwirkung die Austauschwechselwirkung, die über die elektrisch leitende Schicht zwischen zwei magnetischen Schichten wirkt. Wenn ein optionaler Speicherträger zum Schreiben oder Auslesen ausgewählt wird, werden Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten, hervorgerufen durch das Hindurchschicken eines Stroms durch die elektrisch leitende Schicht, genutzt.
  • Auch kann als Kopplungs-Einstellschicht eine Schicht mit einer Filmdicke nicht unter 10 nm, die ein magnetisches Material enthält, verwendet werden. Genauer gesagt, ist eine mehrschichtige Struktur aus einer magnetischen Schicht und einer nicht-ferromagnetischen Schicht, oder eine Struktur mit einer Dispersion magnetischer Teilchen in einem unmagnetischen Material bevorzugt.
  • Beim Magnetisierungs-Einstellverfahren (Adressierverfahren) gemäß der Erfindung werden mehrere lineare Elemente einander schneidend angeordnet, wobei jeder Speicherträger an einem Schnittpunkt der linearen Elemente angeordnet ist. Beim Auswählen eines optionalen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen werden die magnetischen Wechselwirkungen, wie sie von zwei oder mehr linearen Elementen auf den Speicherträger ausgeübt werden, kombiniert, um für ein Schreiben oder Auslesen des ausgewählten Speicherträgers zu sorgen, wobei mindestens eine der magnetischen Wechselwirkungen eine sich durch eine feste Phase ausbreitende Austauschwechselwirkung ist.
  • Beim erfindungsgemäßen Magnetisierungs-Einstellverfahren (Adressierverfahren) werden mehrere lineare Elemente einander schneidend angeordnet, wobei jeder Speicherträger an einem Schnittpunkt der linearen Elemente vorhanden ist. Beim Auswählen eines optionalen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen wird die Magnetisierungsrichtung eines Speicherträgers durch die Kombination magnetischer Wechselwirkungen kontrolliert, die von dreien oder mehr linearen Elementen auf den Speicherträger ausgeübt werden, wobei mindestens eine der magnetischen Wechselwirkungen eine sich durch eine feste Phase ausbreitende Austauschwechselwirkung ist.
  • Gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung ist ein Element geschaffen, das die Magnetisierung eines magnetischen Elements einstellen kann, ohne dass ein Magnetfeld verwendet wird. So ist es gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung möglich, das Problem zu beseitigen, das sich aus einem Schreibvorgang unter Verwendung eines Magnetfelds bei einem Element unter Verwendung eines magnetischen Elements ergibt, wie das Entstehen von übersprechen auf Grund einer verkleinerten Designregel oder einer verringerten Koerzitivfeldstärke. Darüber hinaus kann gemäß dieser Erscheinungsform der Erfindung trotz der Verwendung des ein magnetisches Element verwendenden Elements eine Adressierfunktion realisiert werden, wie sie für ein integriertes Schaltungselement unabdingbar ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt die Struktur eines Spintransistors.
  • 2 veranschaulicht ein Adressierverfahren bei einem herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher.
  • 3A und 3B veranschaulichen die Modulationsart des Magnetisierungszustands des magnetisierten Gebiets eines ferromagnetischen Materials durch Stimuli an ein Abstandshaltergebiet, wenn das magnetische Gebiet durch dieses aufgeteilt ist, wobei die 3A den Zustand zeigt, bei dem keine Stimuli an das Abstandshaltergebiet gegeben werden, und die 3B den Zustand zeigt, in dem Stimuli an das Abstandshaltergebiet gegeben werden, um die Magnetisierungsrichtung eines der magnetischen Gebiete umzukehren.
  • 4 zeigt einen Schnitt einer Schichtanordnung, die dadurch erhalten wurde, dass ein magnetisiertes Gebiet aus einem ferromagnetischen Material, ein Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial aus einem magnetischen Material und einem Halbleitermaterial sowie ein magnetisiertes Gebiet aus einem ferromagnetischen Material aufeinandergeschichtet wurden, wobei als im Abstandshaltergebiet verwendetes Verbundmaterial ein magnetischer Halbleiter verwendet ist.
  • 5 zeigt einen Schnitt einer Schichtanordnung, die dadurch erhalten wurde, dass ein magnetisiertes Gebiet aus einem ferromagnetischen Material, ein Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial aus einem magnetischen Material und einem Halbleitermaterial sowie ein magnetisiertes Gebiet aus einem ferromagnetischen Material aufeinandergeschichtet wurden, wobei als im Abstandshaltergebiet verwendetes Verbundmaterial ein Medium verwendet ist, das dadurch erhalten wurde, dass magnetische Cluster aus feinen ferromagnetischen Teilchen im Inneren eines Halbleiters dispergiert wurden.
  • 6 zeigt einen Schnitt einer Schichtanordnung, die dadurch erhalten wurde, dass ein magnetisiertes Gebiet aus einem ferromagnetischen Material, ein Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial aus einem magnetischen Material und einem Halbleitermaterial sowie ein magnetisiertes Gebiet aus einem ferromagnetischen Material aufeinandergeschichtet wurden, wobei als im Abstandshaltergebiet verwendetes Verbundmaterial ein Mehrschichtfilm verwendet ist, der dadurch erhalten wurde, dass eine ferromagnetische Schicht und eine Halbleiterschicht aufeinandergeschichtet wurden.
  • 7 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke des Abstandshaltergebiets und dem magnetisierten Gebiet für Fälle, bei denen das Abstandshaltergebiet ein mehrschichtiger Film aus einer ferromagnetischen Schicht und einer Halbleiterschicht ist bzw. das Abstandshaltergebiet nur einer Halbleiterschicht besteht.
  • 8 ist eine Schnittansicht, die veranschaulichend ein erfindungsgemäßes Informationsaufzeichnungselement zeigt, wobei speziell der Zustand dargestellt ist, in dem keine Spannung an dessen Gateelektrode anliegt.
  • 9 ist eine Draufsicht, die das Informationsaufzeichnungselement der Fig. Abstandshaltergebiet zeigt, wobei speziell der Zustand dargestellt ist, gemäß dem keine Spannung an der Gateelektrode anliegt.
  • 10 ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem eine Spannung an der Gateelektrode der in der 8 dargestellten Ansicht anliegt.
  • 11 ist eine Draufsicht, die den Zustand zeigt, in dem eine Spannung an der Gateelektrode de in der 8 dargestellten Ansicht anliegt.
  • 12 zeigt veranschaulichend ein anderes Informationsaufzeichnungselement, und sie zeigt speziell den Zustand, in dem keine Spannung an der ersten und der zweiten Gateelektrode anliegt.
  • 13 ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem eine Spannung an der zweiten Gateelektrode des in der 12 dargestellten Informationsaufzeichnungselements anliegt.
  • 14 ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem eine Spannung an der ersten Gateelektrode des in der 12 dargestellten Informationsaufzeichnungselements anliegt.
  • 15 zeigt veranschaulichend noch ein anderes Abstandshaltergebiet, und speziell zeigt sie den Zustand, in dem keine Spannung an der ersten und der zweiten Gateelektrode anliegt.
  • 16 ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem eine Spannung an der zweiten Gateelektrode des in der 15 dargestellten Informationsaufzeichnungselements anliegt.
  • 17 ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, in dem an der ersten Gateelektrode des in der 15 dargestellten Informationsaufzeichnungselements eine Spannung anliegt.
  • 18 zeigt eine Struktur, bei der ein Paar magnetischer Elemente miteinander in Kontakt stehen.
  • 19 zeigt eine Struktur, bei der eine Zwischenschicht zwischen die paarigen magnetischen Elemente eingefügt ist.
  • 20 zeigt die Beziehung zwischen der Größe L einer Zelle des Informationsaufzeichnungselements und einem Ansteuer-Magnetfeld H, das zum Ansteuern eines Aufzeichnungsträgers verwendet werden kann.
  • 21 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines magnetischen Funktionselements zeigt, das die Erfindung verkörpert.
  • 22 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X1 bis X2 in der 21, und speziell zeigt sie veranschaulichend ein die Erfindung verkörperndes magnetisches Funktionselement.
  • 23 veranschaulicht ein Verfahren zum Messen von Magnetisierungskomponenten in zwei zueinander orthogonalen Richtungen (Richtungen X und Y).
  • 24 zeigt Messergebnisse zur Magnetisierungshysterese in zwei zueinander orthogonalen Richtungen (Richtungen X und Y) des magnetischen Funktionselements.
  • 25 zeigt eine Magnetisierungskurve eines Dünnfilms aus einer Ni-Fe-Legierung, der auf einem unmagnetischen Substrat hergestellt wurde.
  • 26 zeigt die Magnetisierungsrichtung beweglicher magnetischer Schichten des magnetischen Funktionselements, und speziell zeigt sie die Magnetisierungsrichtung, wenn die Leiterschicht mit einem Strom versorgt wird, sowie die Magnetisierungsrichtung, wenn die Leiterschicht nicht mit Strom versorgt wird.
  • 27 zeigt die Ergebnisse der Betrachtung zeitlicher Änderungen der Magnetisierung des magnetischen Funktionselements in zwei zueinander orthogo nalen Richtungen (Richtungen x und y), wenn der Ein/Aus-Zustand des der Leiterschicht zugeführten Stroms umgeschaltet wird.
  • 28 zeigt schematisch die Struktur einer Leiterschicht einer Schichtstruktur.
  • 29 zeigt schematisch die Struktur einer Leiterschicht einer Struktur mit fein dispergierten Teilchen.
  • 30 zeigt die Struktur eines magnetischen Funktionselements und der Peripherieschaltung desselben, wenn die Ergebnisse des Schaltvorgangs der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht als elektrisches Ausgangssignal erhalten werden.
  • 31A bis 31C sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Ansteuerprinzips eines einmal beschreibbaren Informationsaufzeichnungselements mit Negativlogik, wobei die 31A einen Rücksetzzustand zeigt, die 31B einen Ein-Zustand zeigt und die 31C einen Setzzustand zeigt.
  • 32A bis 32C sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Ansteuerprinzips eines einmal beschreibbaren Informationsaufzeichnungselements mit Positivlogik, wobei die 32A einen Rücksetzzustand zeigt, die 32B einen Ein-Zustand zeigt und die 32C einen Setzzustand zeigt.
  • 33A bis 33D sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Ansteuerprinzips eines Informationsaufzeichnungselements vom Überschreibungstyp, wobei die 33A den Zustand zeigt, in dem die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht nach rechts zeigt, die 33B den Zustand des Umschreibens der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht nach links zeigt, die 33C den Zustand zeigt, in dem die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht nach links gehalten wird und die 33D den Zustand des Umschreibens der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht nach rechts zeigt.
  • 34 zeigt veranschaulichend eine die Erfindung verkörperndes Element mit variablem Widerstand.
  • 35 zeigt eine Struktur, bei der ein Paar magnetischer Elemente miteinander in Kontakt stehen.
  • 36 zeigt eine Struktur, bei der zwischen die paarigen magnetischen Elemente eine Zwischenschicht eingefügt ist.
  • 37 zeigt veranschaulichend einen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung.
  • 38 zeigt die Beziehung zwischen der Größe L einer Zelle des Informationsaufzeichnungselements und einem Ansteuer-Magnetfeld H, das zum Ansteuern eines Aufzeichnungsträgers verwendbar ist.
  • 39 ist eine vergrößerte Ansicht einer Speicherzelle eines veranschaulichenden magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung.
  • 40A bis 40E veranschaulichen das Ansteuerprinzip der in der 39 dargestellten Speicherzelle, wobei die 40A den Zustand zeigt, in dem die Magnetisierungsrichtung eines Speicherträgers nach rechts gehalten wird, die 40B einen Zustand zeigt, in dem ein Strom nur in der zweiten Leiterschicht fließen kann, die die zweite Ansteuerleitung in der Richtung y bildet, die 40C den Zustand des Umschreibens der Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers nach links zeigt, die 40D den Zustand zeigt, in dem ein Strom nur in der ersten Leiterschicht fließen kann, die die Ansteuerleitung in der ersten y-Richtung bildet, und die 40E den Zustand des Umschreibens der Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers nach rechts zeigt.
  • 41 veranschaulicht das Adressierverfahren beim die Erfindung verkörpernden magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung.
  • 42 zeigt den Zustand einer magnetischen Ansteuerung über eine Halbleiterschicht unter Verwendung derselben als Kopplungs-Einstellschicht.
  • 43 zeigt den Zustand einer magnetischen Ansteuerung über eine dielektrische Schicht unter Verwendung derselben als Kopplungs-Einstellschicht.
  • 44 zeigt den Zustand einer magnetischen Ansteuerung über mehrere dielektrische Schichten unter Verwendung derselben als Kopplungs-Einstellschicht.
  • 45 zeigt schematisch die Struktur einer mehrschichtigen Kopplungs-Ein stellschicht aus einer magnetischen Schicht und einer nicht-ferromagnetischen Schicht, die gemeinsam aufgeschichtet sind.
  • 46 zeigt schematisch die Struktur einer Kopplungs-Einstellschicht aus magnetischen Teilchen, die in einem unmagnetischen Material dispergiert sind.
  • 47 ist eine erste schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Herstellprozesses für eine die Erfindung verkörpernde Kopplungs-Einstellschicht.
  • 48 ist eine zweite schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Herstellprozesses für eine die Erfindung verkörpernde Kopplungs-Einstellschicht.
  • 49 ist eine dritte schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Herstellprozesses für eine die Erfindung verkörpernde Kopplungs-Einstellschicht.
  • 50 ist eine vierte schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Herstellprozesses für eine die Erfindung verkörpernde Kopplungs-Einstellschicht.
  • 51 ist eine fünfte schematische Ansicht zum Veranschaulichen des Herstellprozesses für eine die Erfindung verkörpernde Kopplungs-Einstellschicht.
  • 52 zeigt die planare Struktur eines magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung mit vier auf vier Speicherzellen.
  • 53 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen kreisförmigen Abschnitt S der 52 zeigt, wobei speziell die planare Struktur einer einzelnen Speicherzelle dargestellt ist.
  • 54 zeigt die Ergebnisse einer Betrachtung mittels eines Kerr-Mikroskops nach einem Schreibvorgang an einer Speicherzelle zum Bestätigen des Adressiervorgangs beim in der 52 dargestellten magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung detailliert erläutert.
  • 1. Erste Ausführungsform
  • Bei einer ersten Ausführungsform wird ein durch ein ferromagnetisches Material magnetisiertes Gebiet durch ein Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält, unterteilt, und von außen werden Stimuli an das Abstandshaltergebiet angelegt, um die magnetische Wechselwirkung zwischen den aufgeteilten magnetisierten Gebieten zu variieren, um die Magnetisierung eines oder mehrerer magnetisierter Gebiete einzustellen.
  • Das Verfahren zum Einstellen der Magnetisierung, ein Informationsaufzeichnungsverfahren und ein Informationsaufzeichnungselement unter Verwendung des obigen Grundkonzepts werden nachfolgend erläutert.
  • 1-1 Prinzip des Magnetisierungs-Einstellverfahrens
  • Als Erstes wird das Grundprinzip des Magnetisierungs-Einstellverfahrens unter Bezugnahme auf die 3A und 3B erläutert.
  • Gemäß der 3A sind ein magnetisiertes Gebiet 11 aus einem ferromagnetischen Material, ein Abstandshaltergebiet 20 aus einem Verbundmaterial mit einem magnetischen Material und einem Halbleitermaterial, sowie ein magnetisiertes Gebiet 12 aus einem ferromagnetischen Material zusammen aufgeschichtet, um eine Struktur zu liefern, die aus dem Abstandshaltergebiet 20 besteht, das zwischen die magnetisierten Gebiete 11, 12 eingebettet ist. Wenn bei dieser Schichtstruktur die Konzentration von Elektronen im Leitungsband oder positiven Löchern des Valenzelektronenbands des Halbleiters im Abstandshaltergebiet 20 variiert wird, ändert sich die RKKY-Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Gebieten über diese Ladungsträger. Daher kann die magnetische Kopplung zwischen dem magnetisierten Gebiet 11 und dem magnetisierten Gebiet 12 auf der entgegengesetzten Seite dadurch kontrolliert werden, dass die Ladungsträgerkonzentration im Abstandshaltergebiet 20 eingestellt wird.
  • Demgemäß werden an das Abstandshaltergebiet 20 externe Stimuli gegeben, wie durch den Pfeil A1 in der 3 gekennzeichnet, um die Konzentration von Elektronen im Leitungsband oder positiven Löchern im Valenzelektronenband des im Abstandshaltergebiet 20 enthaltenen Halbleiters und damit die magnetische Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Gebieten 11 und 12 zu ändern, um die Magnetisierung der magnetisierten Gebiete 11 und 12 einzustellen. Durch Variieren der magnetischen Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Gebieten 11, 12, um deren Magnetisierung einzustellen, ist es möglich, für einen Übergang der Magnetisierungsrichtung M1 des magnetisierten Gebiets 11 und der Magnetisierungsrichtung M2 des magnetisiertes Gebiets 12 vom in der 3A dargestellten parallelen Zustand in den in der 3B dargestellten antiparallelen Zustand zu sorgen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Ladungsträgerkonzentration im Abstandshaltergebiet 20 dadurch eingestellt werden kann, dass eine Spannung an dieses angelegt wird, um Ladungsträger zu initiieren, das Licht auf es gestrahlt wird, oder dass seine Temperatur eingestellt wird. Das heißt, um das Abstandshaltergebiet 20 mit Stimuli zum Einstellen der Magnetisierung der magnetisierten Gebiete 11, 12 zu versorgen, eine elektrische Stimulation durch Ladungsträgerinjektion, ein Bestrahlen mit Licht oder eine Temperatureinstellung verwendet werden kann.
  • 1-2 Spezielles Beispiel von Elementen
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist im Abstandshaltergebiet 20 ein magnetisches Material enthalten, um die magnetische Wechselwirkung selbst dann zwischen den magnetisierten Gebieten zu erzeugen, wenn das Abstandshaltergebiet 20 über höhere Dicke verfügt. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 ein spezielles Beispiel erläutert, bei dem ein magnetisches Material im Abstandshaltergebiet enthalten ist.
  • Die 4 zeigt ein Beispiel, bei dem als im Abstandshaltergebiet 20 verwendetes Verbundmaterial ein magnetischer Halbleiter 21 verwendet ist. Der magnetische Halbleiter 21 verfügt über eine Struktur, bei der magnetische Ionen 21B in einer Halbleitermatrix 21A dispergiert sind. Dabei ist das magnetische Gebiet 11 über die Halbleitermatrix 21A des magnetischen Halbleiters 21 mit den magnetischen Ionen 21B gekoppelt. Diese magnetische Ionen 21B sind mit anderen magnetischen Ionen 21B gekoppelt. Diese Kopplung wiederholt sich, bis schließlich das magnetisierte Gebiet 11 mit dem magnetisierten Gebiet 12 auf der entgegengesetzten Seite gekoppelt ist. Das heißt, dass die magnetisierten Gebiete 11 und 12 indirekt über die Halblei termatrix 21A und die magnetisierten Ionen 21B miteinander gekoppelt sind.
  • Allgemein gesagt, wird der Effekt einer Erzeugung und Löschung einer magnetischen Kopplung abhängig von der Ladungsträgerkonzentration in einem magnetischen Halbleiter beobachtet, wie es von Ohno et al. in Phys. Rev. Lett. 68 (1992) 2664 erörtert ist. Dieser Effekt wird als Ladungsträger-induzierter Ferromagnetismus bezeichnet. Daher kann der Zustand der Kopplung der magnetischen Ionen 21B mit den benachbarten magnetischen Ionen 21B durch die Ladungsträgerkonzentration des magnetischen Halbleiters 21 moduliert werden. Demgemäß kann bei der in der 4 dargestellten Schichtstruktur die indirekte magnetische Kopplung zwischen den magnetisierten Gebieten 11 und 12 durch Einstellen der Ladungsträgerkonzentration des magnetischen Halbleiters 21 kontrolliert werden, um die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Gebiete 11 und 12 einzustellen.
  • Wenn auf diese Weise der magnetische Halbleiter 21 als für den Abstandshaltergebiet 20 verwendetes Verbundmaterial verwendet wird, können die magnetisierten Gebiete 11, 12 über die Halbleitermatrix 21A und die magnetischen Ionen 21B indirekt miteinander gekoppelt werden, so dass zwischen den magnetisierten Gebieten selbst dann eine magnetische Wechselwirkung induziert werden kann, wenn das Abstandshaltergebiet 20 von größerer Dicke ist. Das heißt, dass es unter Verwendung des magnetischen Halbleiters 21 für das Abstandshaltergebiet 20 möglich wird, die Magnetisierung der magnetisierten Gebiete 11, 12 selbst dann einzustellen, wenn das Abstandshaltergebiet 20 erhöhte Dicke aufweist.
  • Das Material für den magnetischen Halbleiter 21 kann ein Halbleiter auf II-IV-Basis, III-V-Basis oder Chalcogenidbasis oder ein sogenannter semimagnetischer Halbleiter, wie EuTe oder EuS sein. Es reicht aus, wenn die Konzentration der im magnetischen Halbleiter 21 enthaltenen magnetischen Ionen 21B dergestalt ist, dass es möglich ist, den magnetischen Kopplungszustand zwischen magnetischen Ionen durch Einstellen der Ladungsträgerkonzentration zu kontrollieren.
  • Die 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der als für das Abstandshaltergebiet 20 verwendetes Verbundmaterial ein Medium verwendet ist, das dadurch erhalten wurde, dass magnetische Cluster 22 aus ferromagnetischen Teilchen künstlich im Inneren eines Halbleiters 23 verteilt wurden. Die magnetischen Cluster 22 spielen eine ähnliche Rolle wie die magnetischen Ionen 21B in der 4, um einen ähnlichen Effekt zu realisieren, wie er durch das in der 4 dargestellte Beispiel erzielt wird.
  • Als Halbleiter 23 kann ein Halbleiter aus amorphem oder kristallinem Si oder Ge verwendet werden. Als Halbleiter 23 kann ein Verbindungshalbleiter oder ein Oxidhalbleiter oder ein Mischkristall-Halbleiter verwendet werden. Es reicht aus, wenn das Material der magnetischen Cluster 22 ein magnetisches Moment zeigt, so dass Fe, Co oder Ni, Legierungen hiervon, Seltenerdelemente oder Seltenerdelemente enthaltende Legierungen verwendet werden können. Hinsichtlich der Größe, Form oder Dichte der magnetischen Cluster 22 besteht keine spezielle Einschränkung, vorausgesetzt, dass sie es ermöglichen, den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Clustern durch Kontrollieren der Ladungsträgerkonzentration des Halbleiters 23 einzustellen.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform können magnetische Halbleiter an Stelle des Halbleiters 23 verwendet werden. Wenn ein magnetischer Halbleiter an Stelle des Halbleiters 23 verwendet wird, zeigt sich nicht nur der Vorgang durch die magnetischen Cluster 22, sondern auch der durch die magnetischen Ionen, wie bei der Ausführungsform der 4.
  • Die 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein ähnlicher Effekt wie der durch die 4 und 5 veranschaulichte dadurch erzielt wird, dass ein mehrschichtiger Film aus ferromagnetischen Filmen 24 und Halbleiterfilmen 25, die als für das Abstandshaltergebiet 20 verwendetes Verbundmaterial gemeinsam aufgeschichtet sind, verwendet wird. In diesem Fall wird das magnetisierte Gebiet 11 über den benachbarten Halbleiterfilm 25 mit dem ferromagnetischen Film 24, der am dichtesten beim magnetisierten Gebiet 21 liegt, gekoppelt. Dieser ferromagnetische Film 24 ist mit dem am dichtesten liegenden anderen ferromagnetischen Film 24 gekoppelt. Diese Kopplung wiederholt sich bis zur Kopplung mit dem entgegengesetzten magnetisierten Gebiet 12. Das heißt, dass das magnetisierte Gebiet 11 und das magnetisierte Gebiet 12 auf der entgegengesetzten Seite indirekt über den mehrschichtigen Film miteinander gekoppelt sind, der aus den ferromagnetischen Filmen 24 und dem Halbleiterfilm 25 besteht, die zusammen aufgeschichtet sind.
  • Im mehrschichtigen Film, der durch Aufschichten der ferromagnetischen Filme 24 und der Halbleiterfilme 25 erhalten wird, variiert der magnetische Kopplungszustand zwischen den ferromagnetischen Filmen abhängig von der Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterfilme 25, wie es z. B. von E. E. Fullerton et al. in J. Magn & Magn Mater. 117 (1992) L301 erörtert ist.
  • Demgemäß kann der Kopplungszustand zwischen dem ferromagnetischen Film 24 und einem anderen ferromagnetischen Film 24, der zu ihm benachbart liegt, durch die Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterfilme 25 moduliert werden. So kann durch Kontrollieren der Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterfilme 25 die indirekte magnetische Kopplung zwischen dem magnetisierten Gebiet 11 und dem magnetisierten Gebiet 12 auf der entgegengesetzten Seite eingestellt werden, um die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Gebiete 11, 12 zu kontrollieren.
  • Die Halbleiterfilme 25 können aus amorphen oder kristallinen Halbleitern, wie Si oder Ge, hergestellt werden. Die Halbleiterfilme 25 können aus einem Verbindungshalbleiter, einem Oxidhalbleiter oder einem Mischkristall-Halbleiter hergestellt werden. Es reicht aus, wenn das Material der ferromagnetischen Filme 24 ein magnetisches Moment zeigt, so dass Fe, Co oder Ni, Legierungen hiervon, Seltenerdelemente oder Seltenerdelemente enthaltende Legierungen verwendet werden können. Es existiert auch keine Einschränkung hinsichtlich der Filmdicke oder der Schichtungsperiode der ferromagnetischen Filme 24 oder der Halbleiterfilme 25, vorausgesetzt, dass sie es erlauben, den magnetischen Kopplungszustand zwischen den ferromagnetischen Filmen durch die Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterfilme 25 zu kontrollieren.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform kann ein magnetischer Halbleiterfilme an Stelle des Halbleiterfilms 25 verwendet werden. Wenn ein magnetischer Halbleiterfilm an Stelle des Halbleiterfilms 25 verwendet wird, zeigt sich nicht nur die Funktion durch die magnetischen Cluster 22 sondern auch die durch die magnetischen Ionen, wie bei der Ausführungsform der 4.
  • Indessen kann, wenn die in den 4 bis 6 dargestellte Struktur verwendet wird, die Magnetisierung der magnetisierten Gebiete 11, 12 durch die Dicke des Abstandshaltergebiets 20 von z. B. nicht unter 10 nm kontrolliert werden, so dass es nicht erforderlich ist, die Dicke wie bei der herkömmlichen Vorgehensweise auf 2,5 nm oder weniger einzustellen. Der Grund besteht darin, dass, während die Kopplungskraft zwischen ferromagnetischen Materialien über einen Halbleiter exponentiell mit dem Abstand zwischen ihnen zunimmt, über ein magnetisches Material eine indirekte Kopplung auftritt, wenn sich ein solches zwischen den ferromagnetischen Materialien befindet.
  • Genauer gesagt wirken, bei einer in der 4 dargestellten Ausführungsform, im Abstandshaltergebiet 20 vorhandene magnetische Ionen 21B als Me dium, das selbst dann für eine indirekte Kopplung zwischen den magnetisierten Gebieten 11 und 12 sorgt, wenn das Abstandshaltergebiet 20 erhöhte Dicke aufweist. Bei der in der 5 dargestellten Ausführungsform wirken die im Abstandshaltergebiet 20 vorhandenen magnetischen Cluster 22 als Medium, das selbst dann, wenn das Abstandshaltergebiet 20 erhöhte Dicke aufweist, für eine indirekte Kopplung zwischen den magnetisierten Gebieten 11 und 12 sorgt. Bei der in der 6 dargestellten Ausführungsform wirken die im Abstandshaltergebiet 20 vorhandenen ferromagnetischen Filme 24 als Medium, das selbst dann, wenn das Abstandshaltergebiet 20 erhöhte Dicke aufweist, für eine indirekte Kopplung zwischen den magnetisierten Gebieten 11 und 12 sorgt.
  • Die 7 zeigt, wie das magnetisierte Gebiet 11 über ein im Abstandshaltergebiet 20 enthaltenes magnetisches Material indirekt mit dem anderen magnetisierten Gebiet 12 gekoppelt ist. In dieser Figur kennzeichnen die Abszisse und die Ordinate die Dicke des Abstandshaltergebiets 20 (den Abstand zwischen den magnetisierten Gebieten) bzw. die Austauschkopplungskonstante zwischen den magnetisierten Gebieten. Eine derartige Beziehung zwischen der Dicke des Abstandshaltergebiets 20 und der Austauschkopplungskonstante kann dadurch geprüft werden, dass mehrere Proben mit einer Dicke des Abstandshaltergebiets 20 hergestellt werden, die schrittweise um ungefähr 0,5 mm variiert wird, und die Austauschkopplungskonstante dieser Proben z. B. durch ein Magnetresonanzverfahren gemessen werden.
  • In der 7 kennzeichnet eine durchgezogene Linie A die Beziehung zwischen der Dicke des Abstandshaltergebiets 20, d.h. dem Abstand zwischen den magnetisierten Gebieten, und der Austauschkopplungskonstante für den Fall der Verwendung eines mehrschichtigen Films aus den ferromagnetischen Filmen 24 und den Halbleiterfilmen 25 als Abstandshaltergebiet 20. Es ist davon ausgegangen, dass die magnetischen Momente der jeweiligen ferromagnetischen Filme 24 parallel zueinander ausgerichtet sind, d.h., dass die Magnetisierungsrichtung des magnetisierten Gebiets 11 parallel zu der des anderen magnetisierten Gebiets 12 verläuft. Anders gesagt, zeigt die 7 einen Fall, bei dem das magnetisierte Gebiet 11 über die dazwischen liegenden ferromagnetischen Filme 24 ferromagnetisch mit dem anderen magnetisierten Gebiet 12 gekoppelt ist.
  • Indessen zeigt die 7 zum Vergleich auch den Fall, bei dem das Abstandshaltergebiet 20 nur aus einem Halbleiter besteht. Das heißt, dass eine durchgezogene Linie B in der 7 die Beziehung zwischen der Dicke des Abstandshaltergebiets 20, d.h. dem Abstand zwischen den magnetisierten Gebieten, und der Austauschkopplungskonstante für den Fall zeigt, dass das Abstandshaltergebiet 20 nur aus einem Halbleiter besteht.
  • Gemäß der 7 nimmt, wenn das Abstandshaltergebiet 20 nur aus einem Halbleiter besteht, die Austauschkopplungskonstante exponentiell ab, wenn die Dicke des Abstandshaltergebiets 20 erhöht wird. Wenn die Dicke des Abstandshaltergebiets 20 nicht kleiner als ungefähr 2,5 nm ist, ist die Kopplung zwischen den magnetisierten Gebieten extrem schwach, so dass keine praktisch nützlichen Elemente aufgebaut werden können. Daher muss die Dicke des Abstandshaltergebiets 20 herkömmlicherweise auf 2,5 nm oder weniger eingestellt werden.
  • Demgegenüber kann, wenn ein mehrschichtiger Film aus den ferromagnetischen Filmen 24 und den Halbleiterfilmen 25, die gemeinsam aufgeschichtet werden, als Abstandshaltergebiet 20 verwendet wird, die Kopplung bei jeder Schichtungsperiode aufrechterhalten werden, da die ferromagnetischen Filme 24 im Abstandshaltergebiet 20 vorhanden sind, wie es in der 7 dargestellt ist. Daraus ist es erkennbar, dass unter Verwendung eines Verbundmaterials, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält, als Abstandshaltergebiet 20, das magnetisierte Gebiet 11 direkt über das als Medium wirkende magnetische Material mit dem magnetisierten Gebiet 12 auf der entgegengesetzten Seite gekoppelt werden kann. Das heißt, wenn als Abstandshaltergebiet 20 ein Verbundmaterial aus den ferromagnetischen Filmen 24 und den Halbleiterfilmen 25 verwendet wird, dasselbe deutlich dicker als herkömmlich sein kann.
  • Demgemäß kann, durch Anwenden der Erfindung, das Abstandshaltergebiet 20 dicker als herkömmlich sein. Wenn das Abstandshaltergebiet 20 eine Dicke in einer Größenordnung nicht unter 10 nm aufweist, kann die Struktur aus den magnetisierten Gebieten 11, 12 zu beiden Seiten des Abstandshaltergebiets 20 ausreichend durch die aktuelle Feinbearbeitungstechnik hergestellt werden. Darüber hinaus ist es, wenn die Dicke des Abstandshaltergebiets 20 in der Größenordnung von 10 nm oder mehr liegt, möglich, das Problem der Ausbildung einer Verarmungsschicht auf Grund der Ausbildung einer Schottkybarriere an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und dem ferromagnetischen Material zu überwinden, um es so zu ermöglichen, Ladungsträger in das Abstandshaltergebiet 20 zu implantieren.
  • Von den in den 4 bis 6 dargestellten Strukturen zeigt die in der 4 dargestellte Struktur den Vorteil, dass das Abstandshaltergebiet eine homogene, einphasige Struktur bildet, was die Herstellung erleichtert. Auch zeigt die in der 5 dargestellte Struktur mehrere Pfade magnetischer Kopplung verschiedener Stärken. Daher kann die magnetische Kopplung allmählich dadurch verringert werden, dass die Pfade in der Reihenfolge zunehmender Kopplungsstärke entfernt werden. Das heißt, dass die in der 5 dargestellte Struktur zum Realisieren eines analogen Betriebs von Vorteil ist. Die Struktur der 6 zeigt den Vorteil, dass sie einfacher kontrolliert werden kann, was eine höhere Reproduzierbarkeit gewünschter Eigenschaften erlaubt. Darüber hinaus kann mit der in der 6 dargestellten Struktur eine einfache Anpassung von Eigenschaften oder ein Materialdesign dadurch realisiert werden, dass die Filmdicken oder die Schichtungsperiode variiert wird.
  • Bei der vorstehenden Beschreibung ist der Fall einer Kopplung durch RKKY-Wechselwirkung als Beispiel angegeben. Jedoch ist das Prinzip der indirekten Wechselwirkung nicht auf eine RKKY-Wechselwirkung oder dergleichen eingeschränkt, vorausgesetzt, dass die Bedingung erfüllt ist, dass der Kopplungszustand zwischen den magnetisierten Gebieten durch Kontrollieren der Ladungsträgerkonzentration des Abstandshaltergebiets 20 moduliert werden kann. Das heißt, dass die Erfindung bei einer durch Tunnelelektronen vermittelten Kopplung oder der Kopplung angewandt werden kann, die auf einem lokalisierten Niveau in einem Halbleiter beruht. Eine durch Tunnelelektronen vermittelte Kopplung ist z. B. von P. Bruno in Phys. Rev. B49 (1994) 13231 offenbart, während eine solche durch ein lokalisiertes Niveau in einem Halbleiter z. B. von S. Toscano et al. in J. Magn. & Magn. Mater. 114 (1992) L301 erörtert ist.
  • 1-3 Informationsaufzeichnungselement und Informationsaufzeichnungsverfahren
  • Nun werden ein Informationsaufzeichnungselement und ein Informationsaufzeichnungsverfahren unter Ausnutzung des oben beschriebenen Magnetisierungs-Einstellverfahrens unter Bezugnahme auf die 8 bis 17 erläutert.
  • Ein erstes Beispiel für das Informationsaufzeichnungselement und das Informationsaufzeichnungsverfahren wird zunächst unter Bezugnahme auf die 8 bis 11 erläutert. Indessen ist das Informationsaufzeichnungselement 30 ein solches vom einmal beschreibbaren Typ, und abhängig von der Magnetisierungsrichtung des magnetisierten Gebiets kann eine Doppelpegelaufzeichnung erfolgen.
  • Gemäß den 8 und 9 verfügt das Informationsaufzeichnungselement 30 über eine stationäre magnetische Schicht 32, die auf einem Substrat 31 hergestellt ist, eine auf der stationären magnetischen Schicht 32 hergestellte Abstandshalterschicht 33, eine auf der Abstandshalterschicht 33 hergestellte bewegliche magnetische Schicht 34 sowie eine Gateelektrode 36, die über eine Isolierschicht 35 auf der Abstandshalterschicht 33 hergestellt ist.
  • Bei diesem Informationsaufzeichnungselement 30 repräsentiert die stationäre magnetische Schicht 32 eines der magnetisierten Gebiete, die zu beiden Seiten der Abstandshalterschicht 33 angeordnet sind, und ihre Magnetisierungsrichtung M3 ist jederzeit auf eine voreingestellte Richtung fixiert. Diese stationäre magnetische Schicht 32 besteht vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material in Form eines ausreichend hohen ferromagnetischen Materials, insbesondere eines ferromagnetischen Materials mit einer Koerzitivfeldstärke in einer Größenordnung nicht unter 1 kOe, so dass sich die Magnetisierungsrichtung M3 durch das schwache Magnetfeld nicht ändert, wie es in einer normalen Umgebung existieren kann.
  • Die bewegliche magnetische Schicht 34 repräsentiert das andere der magnetisierten Gebiete, die zu beiden Seiten der Abstandshalterschicht 33 liegen, und sie verfügt über eine variable Magnetisierungsrichtung M4 abhängig von der aufzuzeichnenden Information. Die Form oder das Material der beweglichen magnetischen Schicht 34 wird so ausgewählt, dass ihre Koerzitivfeldstärke niedriger als die der stationären magnetischen Schicht 32 ist. Die bewegliche magnetische Schicht 34 wird z. B. durch Magnetisierung in einem Magnetfeld so bearbeitet, dass sie eine starke uniaxiale magnetische Anisotropie und eine Magnetisierungsrichtung M4 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der stationären magnetische Schicht 32 zeigt.
  • Die Abstandshalterschicht 33 arbeitet als Abstandshaltergebiet zum Aufteilen des aus einem ferromagnetischen Material bestehenden magnetisierten Gebiets. Das heißt, dass beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 30 das durch die stationäre magnetische Schicht 32 und die bewegliche magnetische Schicht 34 gebildete magnetisierte Gebiet durch die Abstandshalterschicht 33 aufgeteilt ist, die aus einem Verbundmaterial mit einem magnetischen Material und einem Halbleitermaterial besteht. Das die Abstandshalterschicht 33 bildende Verbundmaterial kann aus einem magnetischen Halbleiter, wie unter Bezugnahme auf die 4 erläutert, oder aus ferromagnetischen Teilchen bestehen, die in einem Halbleiter oder einem magnetischen Halbleiter dispergiert sind, wie es unter Bezugnahme auf die 5 erläutert wurde. Alternativ kann das Verbundmaterial auch aus einem Mehrschichtfilm aus ferromagnetischen Filmen, Halbleiterfilmen oder magnetischen Halbleiterfilmen bestehen, wie es unter Bezunahme auf die 6 erläutert wurde.
  • Indessen kann beim erfindungsgemäßen Informationsaufzeichnungselement 30 die Abstandshalterschicht 33 dicker ausgebildet werden, insbesondere kann sie eine Filmdicke nicht unter 10 nm aufweisen. Wenn die Filmdicke der Abstandshalterschicht 33 nicht unter 10 nm beträgt, ist es möglich, Probleme mit Schwierigkeiten bei der Herstellung oder Ladungsträgerinjektion auf Grund einer übermäßig geringen Dicke der Abstandshalterschicht 33 zu vermeiden.
  • Die Gateelektrode 36 wird aus einem elektrisch leitenden Material, wie Gold, hergestellt, und sie wird so angebracht, dass sie der Abstandshalterschicht 33 über die Isolierschicht 35 hinweg zugewandt ist. Wenn eine Spannung an die Gateelektrode 36 angelegt wird, konzentrieren sich Ladungsträger in demjenigen Teil der Abstandshalterschicht 33, der über die Isolierschicht 35 hinweg der Gateelektrode 36 zugewandt ist.
  • In einem Anfangszustand des Informationsaufzeichnungselements 30, in dem keine Spannung an der Gateelektrode 36 anliegt, d.h. in einem Zustand mit Vc = 0 der Gateelektrode, verläuft die Magnetisierungsrichtung M3 der stationären magnetischen Schicht 32 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M4 der beweglichen magnetischen Schicht 34, wie es in den 8 und 9 dargestellt ist.
  • Wenn Information im Informationsaufzeichnungselement 30 aufgezeichnet wird, wird eine voreingestellte Spannung V an die Gateelektrode 36 (VG = V für die Gateelektrode) angelegt, wie es in den 10 und 11 dargestellt ist. Wenn die Spannung V an die Gateelektrode 36 angelegt wird, ändert sich die Ladungsträgerkonzentration der zwischen der stationären magnetischen Schicht 32 und der beweglichen magnetischen Schicht 34 angeordneten Abstandshalterschicht 33, wodurch sich der magnetische Kopplungszustand zwischen der stationären magnetischen Schicht 32 und der beweglichen magnetischen Schicht 34 ändert. Die bewegliche magnetische Schicht 34 mit niedrigerer Koerzitivfeldstärke unterliegt einem Moment, so dass die Magnetisierungsrichtung M4 derselben umgekehrt wird. Wenn die Magnetisierung einmal umgekehrt ist, ist sie stabil, da die bewegliche magnetische Schicht 34 eine starke uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt, so dass der Zustand nach dem Aufheben des Anlegens der Spannung V an die Gateelektrode 36 aufrechterhalten bleibt.
  • So kann beim Informationsaufzeichnungselement 30 die Magnetisierungsrichtung M4 der beweglichen magnetischen Schicht 34 ohne Verwendung eines Magnetfelds kontrolliert werden, so dass Doppelpegelinformation abhängig von der Ausrichtung der Magnetisierung der beweglichen magnetischen Schicht 34 aufgezeichnet werden kann.
  • Nun wird eine zweite Ausführungsform eines Informationsaufzeichnungselements und eines Informationsaufzeichnungsverfahrens unter Bezugnahme auf die 12 bis 14 erläutert. Das in den 12 bis 14 dargestellte Informationsaufzeichnungselement 40 ist ein Informationsaufzeichnungselement, das ein Umschreiben von Information unter Verwendung mehrerer stationärer magnetischer Schichten ermöglicht. Mit diesem Informationsaufzeichnungselement 40 kann eine binärwertige Aufzeichnung durch Ausrichtung der Magnetisierung des magnetisierten Gebiets wie im Fall des oben genannten Informationsaufzeichnungselements 30 realisiert werden.
  • Gemäß der 12 verfügt dieses Informationsaufzeichnungselement 40 über eine erste stationäre magnetische Schicht 42, die auf einem Teil eines Substrats 41 ausgebildet ist, eine zweite stationäre magnetische Schicht 43, die auf einem anderen Teil des Substrats 41 ausgebildet ist, eine Abstandshalterschicht 44, die so ausgebildet ist, dass sie sich von der ersten stationären magnetischen Schicht 42 zur zweiten stationären magnetischen Schicht 43 erstreckt, und eine bewegliche magnetische Schicht 45, die auf der Abstandshalterschicht 44 ausgebildet ist. Das Informationsaufzeichnungselement 40 verfügt auch über eine auf einem Teil der Abstandshalterschicht 44 über einer Isolierschicht 46 ausgebildete erste Gateelektrode 47 sowie eine auf einem anderen Teil der Informationsaufzeichnungselement 44 über einer anderen Isolierschicht 48 ausgebildete zweite Gateelektrode 49.
  • Ähnlich wie die stationäre magnetische Schicht 32 beim Informationsaufzeichnungselement 30 bestehen die stationären magnetischen Schichten 42, 43 aus einem magnetischen Material hoher Koerzitivfeldstärke, und sie sind fixiert, so dass sie dauernd über eine feste Magnetisierungsrichtung verfügen. Bei diesem Informationsaufzeichnungselement 40 verläuft die Magnetisierungsrichtung M5 der ersten stationären magnetischen Schicht 42 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M6 der zweiten stationären magnetischen Schicht 43.
  • Ähnlich wie die bewegliche magnetische Schicht 34 beim oben beschriebenen Informationsaufzeichnungselement 30 verfügt die bewegliche magnetische Schicht 45 über eine variable Magnetisierungsrichtung M7 abhängig von der aufzuzeichnenden Information. Das heißt, dass die Form oder das Material dieser beweglichen magnetischen Schicht 42 so ausgewählt wird, dass sie eine Koerzitivfeldstärke aufweist, die kleiner als die der beweglichen magnetischen Schichten 42, 43 ist. Auch wird die bewegliche magnetische Schicht 45 z. B. durch ein Filmbildungsverfahren in einem Feld hergestellt, um eine starke uniaxiale magnetische Anisotropie zu zeigen, und damit die Magnetisierungsrichtung M7 parallel oder antiparallel in Bezug zur Magnetisierungsrichtung der stationären magnetischen Schichten 42, 43 verläuft. Bei der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 in einem Anfangszustand parallel zur Magnetisierungsrichtung M5 der ersten stationären magnetischen Schicht 42 sowie antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M6 der zweiten stationären magnetischen Schicht 43.
  • Die Abstandshalterschicht 44 wirkt als Abstandshaltergebiet zum Aufteilen des durch das ferromagnetische Material gebildeten magnetisierten Gebiets. Das heißt, dass beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 40 das durch die erste stationäre magnetische Schicht 42, die zweite stationäre magnetische Schicht 43 und die bewegliche magnetische Schicht 45 gebildete magnetisierte Gebiet durch die Abstandshalterschicht 44 aufgeteilt ist. Diese Abstandshalterschicht 44 besteht aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält. Das die Abstandshalterschicht 44 bildende Verbundmaterial kann aus einem magnetischen Halbleiter bestehen, wie es unter Bezugnahme auf die 4 erläutert wird, aus einem Halbleiter oder einem magnetischen Halbleiter, in dem ferromagnetische Teilchen dispergiert sind, wie es unter Bezugnahme auf die 5 erläutert wurde, oder einem mehrschichtigen Film aus einem ferromagnetischen Film, einem Halbleiterfilm oder einem magnetischen Halbleiterfilm, die zusammen aufgeschichtet sind, wie es in der 6 dargestellt ist.
  • Beim erfindungsgemäßen Informationsaufzeichnungselement 40 kann die Abstandshalterschicht 44 erhöhte Filmdicke, insbesondere eine Filmdicke nicht unter 10 nm aufweisen. Wenn die Filmdicke der Abstandshalterschicht 44 nicht kleiner als 10 nm ist, ist es möglich, das Problem von Herstellschwierigkeiten oder Schwierigkeiten bei der Ladungsträgerinjektion zu überwinden, die einer übermäßig geringen Dicke der Abstandshalterschicht 44 zuzuschreiben sind.
  • Die erste Gateelektrode 47 oder die zweite Gateelektrode 49 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, wie Gold. Die erste Gateelektrode 47 ist so angebracht, dass sie der Abstandshalterschicht 44 über eine Isolierschicht 46 zugewandt ist, und sie der ersten stationären magnetischen Schicht 42 über die Isolierschicht 46 und die Abstandshalterschicht 44 zugewandt ist. Die zweite Gateelektrode 49 ist so angeordnet, dass sie der Abstandshalterschicht 44 über eine Isolierschicht 48 zugewandt ist und der zweiten stationären magnetischen Schicht 43 über die Isolierschicht 48 und die Abstandshalterschicht 44 zugewandt ist.
  • Wenn eine elektrische Spannung an die erste Elektrode 47 angelegt wird, konzentrieren sich Ladungsträger in der Nähe eines Teils der Abstandshalterschicht 44, der der ersten Gateelektrode 47 über die erste Gateelektrode 47 zugewandt ist. Anders gesagt, konzentrieren sich, wenn eine Spannung an die erste Elektrode 47 angelegt wird, Ladungsträger in der Abstandshalterschicht 44 zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 45 und der ersten stationären magnetischen Schicht 42.
  • Wenn eine Spannung an die zweite Gateelektrode 49 angelegt wird, konzentrieren sich Ladungsträger in der Nähe der Abstandshalterschicht 44, die über der Isolierschicht 48 angeordnet ist. Anders gesagt, konzentrieren sich Ladungsträger in der Abstandshalterschicht 44 zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 45 und der zweiten stationären magnetischen Schicht 43.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 40 kann die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 44 itterativ dadurch umgekehrt werden, dass die an die erste Gateelektrode 47 und die zweite Gateelektrode 49 angelegte Spannung kontrolliert wird. Nachfolgend wird der Vorgang des wiederholten Umkehrens der Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 44 erläutert.
  • Im Anfangszustand, in dem keine Spannung an der ersten Gateelektrode 47 oder der zweiten Gateelektrode 49 anliegt, verläuft die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 parallel zur Magnetisierungsrichtung M5 der ersten stationären magnetischen Schicht 42, während sie antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M6 der zweiten stationären magnetischen Schicht 43 verläuft, wie es in der 12 dargestellt ist.
  • Wenn in diesem Zustand eine voreingestellte Spannung V2 an die zweite Gateelektrode 49 angelegt wird, wie es in der 13 dargestellt ist, beträgt die Gateelektroden-VG2 der zweiten Gateelektrode 49 V2 (VG2 = V2). Dies ändert die Ladungsträgerkonzentration der Abstandshalterschicht 44, die zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 45 und der zweiten stationären magnetischen Schicht 43 angeordnet ist, was den magnetischen Kopplungszustand zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 45 und der zweiten stationären magnetischen Schicht 43 ändert. So wirkt ein Moment auf die bewegliche magnetische Schicht 45 niedriger Koerzitivfeldstärke, wodurch die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 umgekehrt wird. Das heißt, dass die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 parallel zur Magnetisierungsrichtung M5 der ersten stationären magnetischen Schicht 42 und parallel zur Magnetisierungsrichtung M6 der zweiten stationären magnetischen Schicht 43 verläuft, wie es in der 13 dargestellt ist. Die so invertierte Magnetisierung ist stabil, da die bewegliche magnetische Schicht 45 eine starke uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt, so dass der Magnetisierungszustand selbst nach dem Wegnehmen der angelegten Spannung V2 an der zweiten Gateelektrode 49 aufrechterhalten bleibt.
  • Wenn die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 45 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M5 der ersten stationären magnetischen Schicht 42 und parallel zur Magnetisierungsrichtung M5 der zweiten stationären magnetischen Schicht 43 verläuft, wird eine voreingestellte Spannung V1 an die erste Gateelektrode 47 angelegt, wie es in der 14 dargestellt ist, um die Gatespannung Vc1 an der ersten Gateelektrode 47 auf V1 einzustellen (Vc1 = V1). Dadurch wird die Ladungsträgerkonzentration der Abstandshalterschicht 44 zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 45 und der ersten stationären magnetischen Schicht 42 geändert, wodurch sich der magnetische Kopplungszustand zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 45 und der ersten stationären magnetischen Schicht 42 ändert. So wirkt ein Moment auf die bewegliche magnetische Schicht 45 niedriger Koerzitivfeldstärke, um die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 umzukehren. Das heißt, dass die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 parallel zur Magnetisierungsrichtung M5 der ersten stationären magnetischen Schicht 42 und antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M6 der zweiten stationären magnetischen Schicht 43 verläuft, wie es in der 14 dargestellt ist. Die so invertierte Magne tisierung ist stabil, da die bewegliche magnetische Schicht 45 eine starke uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt, so dass der Magnetisierungszustand selbst nach dem Aufheben des Anlegens der Spannung V1 an die erste Gateelektrode 47 aufrechterhalten bleibt.
  • Demgemäß kann beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 40 die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 dadurch kontrolliert werden, dass eine Spannung an die erste Gateelektrode 47 oder die zweite Gateelektrode 49 angelegt wird, ohne dass ein Magnetfeld verwendet würde, was ein Aufzeichnen von Doppelpegelinformation abhängig von der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 45 ermöglicht. Darüber hinaus kann beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 40 die Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 itterativ dadurch umgekehrt werden, dass die voreingestellte Spannung V1 an die erste Gateelektrode 47 oder die voreingestellte Spannung V2 an die zweite Gateelektrode 49 angelegt wird. Das heißt, dass das Informationsaufzeichnungselement 40 die Information itterativ umschreiben kann.
  • Nun wird eine dritte Ausführungsform eines Informationsaufzeichnungselements und eines Informationsaufzeichnungsverfahrens unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 erläutert. Indessen ist ein Informationsaufzeichnungselement 50 ein solches Element, das ein Umschreiben von Information unter Verwendung mehrerer stationärer magnetischer Schichten ermöglicht. Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 40 kann, ähnlich wie bei den Informationsaufzeichnungselementen 30 und 40, eine Doppelpegelaufzeichnung abhängig von der Magnetisierungsrichtung des magnetisierten Gebiets erfolgen.
  • Gemäß der 15 verfügt dieses Informationsaufzeichnungselement 50 über eine auf einem Substrat 51 hergestellte erste stationäre magnetische Schicht 52, eine auf der stationären magnetischen Schicht 52 hergestellte erste Abstandshalterschicht 53, eine auf der ersten Abstandshalterschicht 53 hergestellte bewegliche magnetische Schicht 54, eine auf der beweglichen magnetischen Schicht 54 hergestellte zweite Abstandshalterschicht 55 sowie eine auf der zweiten Abstandshalterschicht 55 hergestellte zweite stationäre magnetische Schicht 56. Das Informationsaufzeichnungselement 50 verfügt auch über eine auf einem Teil der zweiten Abstandshalterschicht 55 über einer Isolierschicht 57 hergestellte erste Gateelektrode 58 und eine auf einem Teil der zweiten Abstandshalterschicht 55 über einer Isolierschicht 51 hergestellte zweite Gateelektrode 60.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 50 sind die stationären magnetischen Schichten 52, 56 aus einem magnetischen Material hoher Koerzitivfeldstärke hergestellt, wie die stationären magnetischen Schichten 42, 43, und sie sind fixiert, so dass sie immer mit derselben Magnetisierungsrichtung ausgerichtet sind. Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 50 sind die Magnetisierungsrichtung M8 der stationären magnetischen Schicht 52 sowie die Magnetisierungsrichtung Ladungsträgerkonzentration der zweiten stationären magnetischen Schicht 56 so eingestellt, dass sie antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M9 der zweiten stationären magnetischen Schicht 56 verlaufen.
  • Ähnlich wie die bewegliche magnetische Schicht 45 verfügt die bewegliche magnetische Schicht 54 über eine variable Magnetisierungsrichtung M10 abhängig von der Aufzeichnungsinformation. Das heißt, dass die Form oder der Materialtyp der vorliegenden beweglichen magnetischen Schicht 54 so ausgewählt wird, dass deren Koerzitivfeldstärke niedriger als die der stationären magnetischen Schicht 52 oder 56 ist. Auch wird die bewegliche magnetische Schicht 45z. B. durch ein Filmbildungsverfahren in einem Feld hergestellt, so dass sie über starke uniaxiale magnetische Anisotropie verfügt und ihre Magnetisierungsrichtung M10 parallel oder antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der stationären magnetischen Schichten 52, 56 verläuft. Bei der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 in einem Anfangszustand parallel zur Magnetisierungsrichtung M8 der ersten stationären magnetischen Schicht 52 und antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M9 der zweiten stationären magnetischen Schicht 56.
  • Die erste Abstandshalterschicht 53 und die zweite Abstandshalterschicht 55 dienen als Abstandshaltergebiet zum Unterteilen des aus dem ferromagnetischen Material bestehenden magnetisierten Gebiets. Das heißt, dass beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 50 das durch die erste stationäre magnetische Schicht 52, die zweite stationäre magnetischen Schicht 56 und die bewegliche magnetische Schicht 54 gebildete magnetisierte Gebiet durch die erste Abstandshalterschicht 53 und die zweite Abstandshalterschicht 55 aufgeteilt ist. Diese Abstandshalterschichten 53, 55 bestehen aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält. Das die Abstandshalterschichten 53, 55 bildende Verbundmaterial kann aus einem magnetischen Halbleiter bestehen, wie es unter Bezugnahme auf die 4 erläutert wurde, einem Halbleiter oder einem mag netischen Halbleiter, in dem ferromagnetische Teilchen dispergiert sind, wie es unter Bezugnahme auf die 5 erläutert wurde, oder einem mehrschichtigen Film aus einem ferromagnetischen Film, einem Halbleiterfilm oder einem magnetischen Halbleiterfilm, die zusammen aufgeschichtet sind, wie es in der 6 dargestellt ist.
  • Beim erfindungsgemäßen Informationsaufzeichnungselement 50 können die Abstandshalterschichten 53, 55 erhöhte Filmdicke zeigen, insbesondere eine Filmdicke nicht unter 10 nm. Wenn die Filmdicken der Abstandshalterschichten 53, 55 nicht weniger als 10 nm betragen, ist es möglich, das Problem von Herstellschwierigkeiten oder Schwierigkeiten bei der Ladungsträgerinjektion zu überwinden, die einer übermäßig geringen Dicke der Abstandshalterschichten 53, 55 zuzuschreiben wären.
  • Die erste Gateelektrode 58 oder die zweite Gateelektrode 60 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, wie Gold. Die erste Gateelektrode 47 ist so angeordnet, dass sie der Abstandshalterschicht 53 über eine Isolierschicht 57 hinweg zugewandt ist und der ersten stationären magnetischen Schicht 52 über die Isolierschicht 57 und die erste Abstandshalterschicht 53 hinweg zugewandt ist. Die zweite Gateelektrode 60 ist so angeordnet, dass sie der zweiten Abstandshalterschicht 55 über eine Isolierschicht 59 hinweg zugewandt ist und der beweglichen magnetischen Schicht 54 über die Isolierschicht 59 und die Abstandshalterschicht 55 hinweg zugewandt ist.
  • Wenn eine elektrische Spannung an die erste Elektrode 58 angelegt wird, konzentrieren sich Ladungsträger in der Nähe eines Teils der ersten Abstandshalterschicht 53, der der ersten Gateelektrode 58 über die Isolierschicht 57 zugewandt ist. Anders gesagt, konzentrieren sich, wenn eine Spannung an die erste Gateelektrode 58 angelegt wird, Ladungsträger in der ersten Abstandshalterschicht 53 zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 52 und der ersten Abstandshalterschicht 53.
  • Wenn eine Spannung an die zweite Gateelektrode 60 angelegt wird, konzentrieren sich Ladungsträger in der Nähe der zweiten Abstandshalterschicht 55, die über die Isolierschicht 59 hinweg angeordnet ist. Anders gesagt, konzentrieren sich Ladungsträger in demjenigen Teil der zweiten Abstandshalterschicht 55, der der zweiten Gateelektrode 60 über die Isolierschicht 59 hinweg zugewandt ist. Anders gesagt, konzentrieren sich Ladungsträger, wenn eine Spannung an die zweite Gateelektrode 60 angelegt wird, in der zweiten Abstandshalterschicht 55 zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 54 und der zweiten stationären magnetischen Schicht 56.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 50 kann die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 itterativ dadurch umgekehrt werden, dass die an die erste Gateelektrode 58 und die zweite Gateelektrode 60 angelegte Spannung kontrolliert wird. Nachfolgend wird der Vorgang des wiederholten Invertierens der Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 erläutert.
  • Im Anfangszustand, in dem keine Spannung an der ersten Gateelektrode 58 oder der zweiten Gateelektrode 60 anliegt, verläuft die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 parallel zur Magnetisierungsrichtung M8 der ersten stationären magnetischen Schicht 52, während sie antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M9 der zweiten stationären magnetischen Schicht 56 verläuft, wie es in der 15 dargestellt ist.
  • Wenn in diesem Zustand eine voreingestellte Spannung V2 an die zweite Gateelektrode 60 angelegt wird, wie es in der 16 dargestellt ist, beträgt die Gateelektroden-VG2 der zweiten Gateelektrode 60 V2 (VG2 = V2). Dies ändert die Ladungsträgerkonzentration der zweiten Abstandshalterschicht 55 zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 54 und der zweiten stationären magnetischen Schicht 56, und es ändert damit den magnetischen Kopplungszustand zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 54 und der zweiten stationären magnetischen Schicht 56. Dadurch wird ein Moment an die bewegliche magnetische Schicht 54 niedriger Koerzitivfeldstärke angelegt, wodurch die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 umgekehrt wird. Das heißt, dass die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M8 der ersten stationären magnetischen Schicht 52 und parallel zur Magnetisierungsrichtung M9 der zweiten stationären magnetischen Schicht 56 verläuft, wie es in der 13 dargestellt ist. Die so invertierte Magnetisierung ist stabil, da die bewegliche magnetische Schicht 54 eine starke uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt, so dass der Magnetisierungszustand selbst nach dem Beenden des Anlegens der Spannung V2 an die zweite Gateelektrode 60 aufrechterhalten wird.
  • Wenn die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 45 antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M8 der ersten stationären magnetischen Schicht 52 und parallel zur Magnetisierungsrichtung M9 der zweiten stationären magnetischen Schicht 56 verläuft, wird eine voreingestellte Spannung V1 an die erste Gateelektrode 58 angelegt, wie es in der 17 dargestellt ist, um die Gatespannung Vc1 der ersten Gateelektrode 58 auf V1 einzustellen (Vc1 = V1). Dies ändert die Ladungsträgerkonzentration der ersten Abstandshalterschicht 53, die zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 54 und der beweglichen magnetischen Schicht 54 und der ersten stationären magnetischen Schicht 52 angeordnet ist, und damit den magnetischen Kopplungszustand zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 54 und der ersten stationären magnetischen Schicht 52. Dadurch wirkt ein Moment auf die bewegliche magnetische Schicht 54 mit niedriger Koerzitivfeldstärke, um die Magnetisierungsrichtung M10 derselben umzukehren. Das heißt, dass die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 parallel zur Magnetisierungsrichtung M8 der ersten stationären magnetischen Schicht 52 und antiparallel zur Magnetisierungsrichtung M9 der zweiten stationären magnetischen Schicht 56 verläuft, wie es in der 17 dargestellt ist. Die so invertierte Magnetisierung ist stabil, da die bewegliche magnetische Schicht 45 eine starke uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt, so dass der Magnetisierungszustand selbst nach dem Wegnehmen der an die erste Gateelektrode 58 angelegten Spannung V1 aufrechterhalten bleibt.
  • So kann mit dem vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 50 die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 dadurch eingestellt werden, dass eine Spannung an die erste Gateelektrode 58 oder die zweite Gateelektrode 60 angelegt wird, ohne dass ein Magnetfeld verwendet wird, um ein Aufzeichnen von Doppelpegelinformation abhängig von der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 45 zu ermöglichen. Darüber hinaus kann mit dem vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 50 die Magnetisierungsrichtung M10 der beweglichen magnetischen Schicht 54 itterativ dadurch umgekehrt werden, dass die voreingestellte Spannung an die erste Gateelektrode 58 angelegt wird oder die voreingestellte Spannung an die zweite Gateelektrode 60 angelegt wird. Das heißt, dass mit diesem Informationsaufzeichnungselement 50 die Information itterativ umgeschrieben werden kann.
  • Von den in den 12 bis 17 dargestellten Informationsaufzeichnungselementen hat das in den 12 bis 14 dargestellte Informationsaufzeichnungselement 40 den Vorteil, dass die bewegliche magnetische Schicht 45 die bewegliche magnetische Schicht 45 an ihrer Oberseite trägt und demgemäß Änderungen bei der Magnetisierungsrichtung M7 der beweglichen magnetischen Schicht 45 leicht gelesen werden können. Andererseits zeigt das in den 15 bis 17 dargestellte Informationsaufzeichnungselement 50 gegenüber den in den 12 bis 14 dargestellten Informationsaufzeichnungselement 40 den Vorteil, dass es eine kleinere Oberfläche benötigt und demgemäß selbst zu einem höheren Grad der Schaltungsintegration führt.
  • Bei den oben beschriebenen Informationsaufzeichnungselementen 30, 40 und 50 ist bei den beweglichen magnetischen Schichten 34, 45 und 54 uniaxiale magnetische Anisotropie genutzt, um eine Doppelpegelaufzeichnung zu ermöglichen. Jedoch kann die verwendete bewegliche magnetische Schicht über drei oder mehr Minima anisotroper Energiepunkte relativ zur Magnetisierungsausrichtung aufweisen. Wenn eine bewegliche magnetische Schicht mit drei oder mehr Minima anisotroper Energiepunkte relativ zur Magnetisierungsausrichtung verwendet wird, ist es möglich, mit einer einzigen beweglichen magnetischen Schicht ein mehrwertiges Aufzeichnen mit drei oder mehr Werten auszuführen.
  • Da im Abstandshaltergebiet ein magnetisches Material enthalten ist, wie es oben detailliert beschrieben ist, ist es möglich, über magnetisierte Gebiete aus einem ferromagnetischen Material hinweg selbst dann eine magnetische Wechselwirkung zu erzeugen, wenn das Abstandshaltergebiet größere Dicke aufweist. Das heißt, dass es durch Anwenden der oben beschriebenen ersten Erscheinungsform der Erfindung möglich ist, ein Magnetisierungs-Einstellverfahren zu realisieren, mit dem die Magnetisierung ohne Verwendung eines Magnetfelds eingestellt werden kann, sowie ein Informationsaufzeichnungselement und ein Informationsaufzeichnungsverfahren unter Ausnutzung desselben zu schaffen. Das Ergebnis ist die Realisierung eines idealen Festkörperspeichers mit kurzer Zugriffszeit, der selbst zu einem höheren Grad der Schaltungsintegration führt, der eine große Anzahl von Umschreibvorgängen zeigt und der nichtflüchtig sowie frei von Übersprechen ist.
  • 2. Zweite Ausführungsform
  • Die zweite Erscheinungsform der Erfindung wird bei einer Konfiguration angewandt, bei der eine elektrisch leitende Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, mit mehreren magnetischen Schichten so aufgeschichtet ist, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen den magnetischen Schichten angeordnet ist, und bei der ein Strom durch die elektrisch leitenden Schichten der Schichtanordnung geschickt wird, um die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten einzustellen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Magnetisierungs-Einstellverfahrens, eines Informationsfunktionselements, eines Informationsaufzeichnungsverfahrens, eines Informationsaufzeichnungselements und eines Elements mit variablem Widerstand gemäß der Erfindung detailliert erläutert.
  • 2-1 Prinzip des Magnetisierungs-Einstellverfahrens
  • Als Erstes wird das Grundprinzip des Magnetisierungs-Einstellverfahrens erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Magnetisierungsumkehr in den magnetischen Schichten, als Elementbestandteilen eines Bauteils, durch die magnetische Wechselwirkung (Austauschwechselwirkung) im festen Material als Antriebskraft induziert, ohne dass man sich auf ein Magnetfeld von außen stützen würde. Die magnetischen Schichten, in denen die Magnetisierungsumkehr induziert wird, kann als 'bewegliche magnetische Schicht' bezeichnet werden, da die Magnetisierungsrichtung umgekehrt wird oder sie kann als 'Aufzeichnungsmedium' bezeichnet werden, wenn ein Informationsaufzeichnungselement betrachtet wird.
  • Die Austauschwechselwirkung ist nur eine Quelle unidirektional ausgerichteter magnetischer Momente von Atomen im Inneren eines ferromagnetischen Materials. Wenn ein Paar magnetischer Elemente 100, 101 miteinander in Kontakt stehen, wirkt die Austauschwechselwirkung zwischen ihnen über eine Grenzfläche 102, an der die magnetischen Elemente 100, 101 miteinander in Kontakt stehen. Wenn die magnetischen Elemente 100, 101 nicht direkt miteinander in Kontakt stehen, sondern eine Zwischenschicht 103 zwischen sie eingefügt ist, kann die Austauschwechselwirkung über diese Zwischenschicht 103 zwischen den magnetischen Elementen 100, 101 wirken. Wenn die Zwischenschicht 103 ein magnetisches Element ist, überträgt sie selbstverständlich die Austauschwechselwirkung. Wenn jedoch die Zwischenschicht 103 selbst aus einem unmagnetischen Metall, wie Au, oder einem Halbleiter wie Si oder Ge, besteht, muss geklärt werden, ob eine Austauschwechselwirkung über die Zwischenschicht 103 übertragen wird. Es wurde auch eine Theorie vorgeschlagen, die die Quelle für die Übertragung der Austauschwechselwirkung berücksichtigt, wie ein RKKY-Modell.
  • Diese Austauschwechselwirkung wird hier dazu ausgenutzt, die Magnetisierungsrichtung eines magnetischen Elements einzustellen. Das Verfahren zum Einstellen der Magnetisierungsrichtung unter Ausnutzung der Austauschwechselwirkung wird unter Verwendung eines speziellen Beispiels erläutert.
  • Es wird angenommen, dass die magnetischen Elemente 100, 101 nicht direkt miteinander in Kontakt stehen, sondern durch die Zwischenschicht 103 ge trennt sind, wie es in der 19 dargestellt ist. Es wird auch angenommen, dass das magnetische Element 100 ein weich magnetisches Element ist, dessen Magnetisierungsrichtung zu einer Änderung tendiert, während das magnetische Element 101 ein Permanentmagnet mit fester Magnetisierungsrichtung ist. Ferner wird angenommen, dass die Zwischenschicht 103 zwischen den magnetischen Elementen 100, 101 aus einem ferromagnetischen Material mit niedriger Curietemperatur Tc (Temperatur, unter der der magnetische Zustand gestört ist) besteht.
  • Wenn die Temperatur höher als die Curietemperatur Tc der Zwischenschicht 102 ist, fehlt es dieser an magnetischer Ordnung, so dass der Effekt des magnetischen Elements 101 nicht an das magnetische Element 100 übertragen wird und sich demgemäß die Magnetisierung des magnetischen Elements 100 unter dem Einfluss eines externen Magnetfelds in einer beliebigen Ausrichtung befindet. Wenn die Temperatur ferner auf eine solche unter der Curietemperatur Tc gesenkt wird, wird in der Zwischenschicht 103 eine magnetische Ordnung induziert, so dass die Wechselwirkung des Ausrichtens der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Elemente 100, 101 über die Zwischenschicht 103 wirkt. Da das magnetische Element 101 ein Permanentmagnet ist, wird die Magnetisierungsrichtung des magnetischen Elements 100, die bisher beliebig ausgerichtet ist, auf eine Ausrichtung mit der Magnetisierungsrichtung des magnetischen Elements 101 verändert. Diese Änderungen der Magnetisierungsrichtung des magnetischen Elements 100 werden nicht durch ein externes Magnetfeld induziert, sondern durch die im festen Material wirkende Austauschwechselwirkung.
  • Gemäß der Erfindung wird die Magnetisierungsrichtung des magnetischen Elements durch diese Austauschwechselwirkung als Antriebskraft eingestellt. Jedoch wird, gemäß der Erfindung, die Austauschwechselwirkung durch ein elektrisches Eingangssignal, statt durch die Umgebungstemperatur, wie im oben beschriebenen Fall, eingestellt.
  • Das magnetische Funktionselement gemäß der Erfindung ist ein Element, das den Vorgang der Änderung der Magnetisierungsrichtung mit der Austauschwechselwirkung als Antriebskraft nutzt. Anders gesagt, ist das erfindungsgemäße magnetische Funktionselement ein Element aus einer mehrschichtigen Struktur mehrerer Dünnfilme, die ein magnetisches Material enthalten, und elektrischer Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse. Die Änderungen der Magnetisierungsrichtung des ferromagnetischen Materials werden nicht durch Änderungen des an dieses angelegten externen Magnetfelds induziert, sondern sie beruhen auf Änderungen der Austauschwechselwirkung im festen Material.
  • Das heißt, dass gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung die Magnetisierungsrichtung des magnetischen Elements durch die Austauschwechselwirkung im Festmaterial als Antriebskraft eingestellt wird. Unter Ausnutzung dieser Austauschwechselwirkung wird ein Informationsaufzeichnungselement aufgebaut. Ein magnetisches Element mit moderater Tendenz zu Änderungen der Magnetisierungsrichtung, mit einer Koerzitivfeldstärke einiger zehn Oe (wird nachfolgend als magnetisches Element A bezeichnet) wird als Aufzeichnungsmedium verwendet, während ein aus einem Permanentmagnet bestehendes magnetisches Element (nachfolgend als magnetisches Element B bezeichnet) als Antriebskraft zum Beschreiben eines Aufzeichnungsmediums verwendet wird. Abhängig von der Magnetisierungsausrichtung des magnetischen Elements A wird mehrwertiges Aufzeichnen einschließlich doppelwertigen Aufzeichnens, realisiert.
  • Nachfolgend wird die Austauschwechselwirkung unter Verwendung eines magnetischen Elements mit moderater Tendanz zu Änderungen der Magnetisierungsrichtung, mit einer Koerzitivfeldstärke einiger zehn Oe, das als Aufzeichnungsmedium verwendet wird, und auch unter Verwendung eines magnetischen Elements B mit einem Permanentmagnet als Antriebsquelle zum Schreiben auf das Aufzeichnungsmedium, erläutert.
  • Es wird angenommen, dass die magnetischen Elemente A und B jeweils Schichtfilme mit einer Kontaktfläche sind, die größer als das Volumen des magnetischen Elements ist, und die die Austauschwechselwirkung effektiv übertragen kann. In der folgenden Erläuterung werden die Schichten des magnetischen Elements A, das eine moderate Tendenz zu Änderungen seiner Magnetisierungsrichtung zeigt und eine Koerzitivfeldstärke einiger zehn Oe aufweist, als Aufzeichnungsträger verwendet, und sie werden demgemäß als Aufzeichnungsträgerschicht bezeichnet. Auch sind die Schichten des magnetischen Elements B, das aus einem Permanentmagnet besteht, fixiert, so dass die Magnetisierungsrichtung konstant ist, weswegen sie als feste magnetische Schichten bezeichnet werden. Da es bei der Erfindung in Betracht gezogen wird, die Größe eines Informationsaufzeichnungselements zu verringern, wird davon ausgegangen, dass die Aufzeichnungsträgerschichten über eine Struktur mit einzelner Magnetdomäne verfügen.
  • Allgemein gesagt ist die potenzielle Energie Uex durch Zwischenschicht zwischen zwei Schichten proportional zur Fläche S der Grenzfläche zwischen den magnetischen Elementen A und B. Wenn die Magnetisierungsrichtung der Aufzeichnungsträgerschichten Θ ist und die Magnetisierungsrichtung der festen magnetischen Schichten Θflx ist, ist die potenzielle Energie Uex durch die Austauschwechselwirkung zwischen den zwei Schichten durch die folgende Gleichung (1-1) ausgedrückt: Uex = –S·J·cos(Θ – Θflx) (1-1)wobei J einen Koeffizienten bezeichnet.
  • Andererseits verfügt die Aufzeichnungsträgerschicht in einem externen Magnetfeld H über eine potenzielle Energie (Zeeman Energy) Uz, die dem externen magnetischen Feld H zuzuschreiben ist. Diese potenzielle Energie Uz wird durch die folgende Gleichung (1-2) ausgedrückt: Uz = S·t·MAGNETISCHER-HALBLEITER·H·(Θ-ΘH) (1-2)wobei MS die Sättigungsmagnetflussdichte ist, t die Dicke ist und ΘH die Richtung des externen Magnetfelds H ist.
  • Wie es aus den obigen Gleichungen (1-1) und (1-2) ersichtlich ist, haben die potenzielle Energie Uex durch die Austauschwechselwirkung sowie die potenzielle Energie Uz dieselbe Form. Das heißt, dass die Austauschwechselwirkung, ähnlich wie ein externes Magnetfeld, die Wirkung hat, die Magnetisierungsrichtung der Aufzeichnungsträgerschichten zu ändern. Daher kann die Stärke der Austauschwechselwirkung als einem Magnetfeld äquivalenter Wert Hex gehandhabt werden. Das heißt, dass dann, wenn Θflx und ΘH denselben Wert haben und Uex mit Uz gleichgesetzt wird, die folgende Gleichung (1-3) gilt: -S·J·cosΘ(Θ-ΘH) = –S·t·MAGNETISCHER HALBLEITER·Hex· cos(Θ-ΘH) (1-3)so dass der Wert Hex, der die Stärke der als Magnetfeld berechneten Austauschwechselwirkung ist, wie folgt ausgedrück werden kann: Hex = J/(MS·t) (1-4)
  • Wenn die Koerzitivfeldstärke Hc der Aufzeichnungsträgerschichten kleiner als der einem Magnetfeld äquivalente Wert H ex ist, kann durch die Aus tauschwechselwirkung eine Magnetisierungsumkehr erzeugt werden.
  • Bisher wird das Magnetfeld, das durch das Hindurchschicken eines Stroms durch einen Leiter induziert wird, an das Aufzeichnungsmedium angelegt. Die Stärke des Magnetfelds H, das an ein Aufzeichnungsmedium angelegt werden kann, ist durch die Gleichung (3), wie oben beschrieben, ausgedrückt. Das heißt, dass dann, wenn ein Magnetfeld dadurch an einen Aufzeichnungsträger angelegt wird, dass einen Strom durch einen Leiter geschickt wird, die nutzbare Stärke des Magnetfelds proportional zum Durchmesser D' des Leiters ist: H = 12500 XD'[A/m) = 156 XD' [Oe] (3)
  • Andererseits hängt, wie es aus der Gleichung (1-4) erkennbar ist, der Vorgang der Magnetisierungsumkehr durch die Austauschwechselwirkung nicht von der Oberfläche der Grenzfläche ab. Daher kommt, im Verlauf der technischen Tendenz zu einer kleineren Elementgröße, notwendigerweise der Zeitpunkt, zu dem der Vorgang der Magnetisierungsumkehr durch Austauschwechselwirkung gemäß der Erfindung den Vorgang des herkömmlichen Anlegens eines Magnetfelds übertrifft.
  • Wenn die Werte der Austauschwechselwirkung dergestalt sind, dass J = 0,05 mJ/m2 gilt, die Dicke t der Aufzeichnungsträgerschicht t = 10 nm beträgt und die Sättigungsmagnetflussdichte MS der Aufzeichnungsträgerschicht MS = 1T beträgt, und wenn diese Werte in die obige Gleichung (1-4) eingesetzt werden, ist der einem Magnetfeld äquivaltente Wert Hex dergestalt, dass Hex = 5000 A/m = 630 Oe gilt. Andererseits beträgt die Stärke des durch die obige Gleichung (3) repräsentierten Magnetfelds H 630 Oe, wenn der Durchmesser D' = 0,4 μm ist.
  • Das heißt, dass die Elementgröße, für die das erfindungsgemäße Magnetisierungs-Einstellverfahren effektiver als das Verfahren des Verwendens eines durch das Hindurchschicken eines Stroms durch einen Leiter erzeugten Magnetfelds ist, das Submikrometergebiet ist. Wenn die jüngere technische Tendenz berücksichtigt wird, erreicht die Designregel zweifelsfrei in sehr naher Zukunft die Submikrometer-Größenordnung in z. B. einem magnetischen Speicher. Daher ist es ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Magnetisierungs-Einstellverfahren in der nächsten Zeit das Verfahren der Verwendung eines durch das Hindurchschicken eines Stroms durch einen Leiter erzeugten Magnetfelds übertreffen wird.
  • Die 20 zeigt zum Vergleich die Beziehung zwischen der Zellengröße L eines Informationsaufzeichnungselements und dem antreibenden Magnetfeld H, das zum Antreiben der Aufzeichnungsladungsträger für das aktuelle Magnetfeldsystem unter Verwendung eines durch das Hindurchschicken eines Stroms durch einen Leiter erzeugten Magnetfelds verwendet werden kann, und für ein Austauschkopplungssystem unter Verwendung der Austauschwechselwirkung in einem festen Material. In der 20 kennzeichnet eine durchgezogene Linie A und eine gestrichelte Linie B das aktuelle Magnetfeldsystem bzw. das Austauschkopplungssystem. Beim aktuellen Magnetfeldsystem wird der Durchmesser D' des Leiters zum 0,8-fachen der Zellengröße angenommen.
  • Gemäß der 20, die das aktuelle Magnetfeldsystem zeigt, ist das durch einen Leiter anlegbare Magnetfeld umso kleiner, je kleiner die Zellengröße ist. Andererseits ist, da der Austauschkopplungsvorgang in einer Schichtstruktur nicht von der Zellengröße abhängt, das Austauschkopplungssystem umso geeigneter, je feiner die Designregel wird.
  • Da der einem Magnetfeld entsprechende Wert Hex der Austauschwechselwirkung wie oben erörtert nicht von der Zellengröße abhängt, kann als Aufzeichnungsmedium ein dünneres Magnetfeld mit größerer Koerzitivfeldstärke Hc selbst dann verwendet werden, wenn die Designregel feiner wird, wenn die Austauschwechselwirkung dazu ausgenutzt wird, die Magnetisierung des Aufzeichnungsträgers einzustellen. Genauer gesagt, kann, wie es aus der 20 erkennbar ist, ein dünner magnetischer Film mit einer Koerzitivfeldstärke über einigen zehn Oe selbst dann als Aufzeichnungsträger verwendet werden, wenn die Zellengröße extrem klein ist. Indessen ist es möglich, wenn der Sättigungsmagnetflusswert Ms verkleinert wird, die Koerzitivfeldstärke des Aufzeichnungsträgers weiter zu erhöhen. Darüber hinaus ist es, da der Vorgang der Magnetisierungsumkehr beim Anwenden der Erfindung von der Austauschwechselwirkung abhängt, die nur zwischen zwei in Kontakt miteinander stehenden Materialien erzeugt wird, möglich, Übersprechen zu umgehen, wie es andernfalls in benachbarten Elementen erzeugt wird.
  • 2-2 Spezielles Elementbeispiel
  • Nachfolgend wird ein spezielles Beispiel eines erfindungsgemäßen Elements unter Anwendung des oben beschriebenen Prinzips erläutert.
  • Die 21, 22 zeigen ein Beispiel eines magnetischen Funktionselements gemäß der Erfindung. Gemäß den 21, 22 verfügt das magnetische Funktionselement 110 über eine auf einem Glassubstrat 111 ausgebildete magnetische Schicht 112, eine auf der stationären magnetischen Schicht 112 ausgebildete elektrisch leitende Schicht 113, Elektroden 114, 115, die mit beiden Enden der elektrisch leitenden Schicht 113 verbunden sind, und eine bewegliche magnetische Schicht 117, die über eine Isolierschicht 116 auf der elektrisch leitenden Schicht 113 ausgebildet ist.
  • Die stationäre magnetische Schicht 112 besteht aus einem magnetischen Oxidmaterial hoher Koerzitivfeldstärke, und sie ist hinsichtlich einer konstanten Magnetisierungsrichtung stationär. Das heißt, dass die stationäre magnetische Schicht 112 in der Bedeutung als 'stationäre magnetische Schicht' bezeichnet wird, dass das Element über eine konstante Magnetisierungsrichtung verfügt. Umgekehrt besteht die bewegliche magnetische Schicht 117 aus einem magnetischen Material niedriger Koerzitivfeldstärke. Beim vorliegenden magnetischen Funktionselement 110 ist es möglich, die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 einzustellen. Das heißt, dass die bewegliche magnetische Schicht 117 in dem Sinn als 'bewegliche magnetische Schicht' bezeichnet wird, dass diese Schicht 117 über eine variable Magnetisierungsrichtung verfügt.
  • Die aus einem elektrisch leitenden Material bestehende elektrisch leitende Schicht 113 wird dazu verwendet, den magnetischen Kopplungszustand zwischen der stationären magnetischen Schicht 112 und der beweglichen magnetischen Schicht 117 zu kontrollieren. Daher kann die elektrisch leitende Schicht 113 als Schicht zum Kontrollieren des magnetischen Kopplungszustands der stationären magnetischen Schicht 117 durch die bewegliche magnetische Schicht 117 bezeichnet werden.
  • Beim vorliegenden magnetischen Funktionselement 110 kann ein Strom über die Elektroden 114, 115 durch die elektrisch leitende Schicht 113 fließen, um die Austauschwechselwirkung zwischen der stationären magnetischen Schicht 112 und der beweglichen magnetischen Schicht 117 zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 einzustellen. Anders gesagt, ist es beim vorliegenden magnetischen Funktionselement 110 möglich, die Austauschwechselwirkung durch ein elektrisches Eingangssignal zu kontrollieren, um ihre Magnetisierungsrichtung einzustellen.
  • Indessen ist im magnetischen Funktionselement 110 die stationäre magnetische Schicht 112 aus einem Oxidmaterial mit hohem elektrischem Widerstand als untere Schicht der elektrisch leitende Schicht 113 vorhanden, während die Isolierschicht 116 mit hohem elektrischem Widerstand so angebracht ist, dass sie über der elektrisch leitende Schicht 113 liegt. Durch Herstellen der Schichten mit hohem elektrischem Widerstand als oberer und unterer Schicht zur elektrisch leitenden Schicht 113 konzentriert sich der über die Elektroden 114, 115 zugeführte Strom effektiv in der elektrisch leitenden Schicht 113. Daher kann das magnetische Funktionselement 110 mit niedrigem Strom betrieben werden.
  • Indessen besteht keine spezielle Einschränkung für die Verwendung des magnetischen Funktionselements 110 mit der Funktion des Einstellens der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117. Zum Beispiel kann das magnetische Funktionselement als elektrooptischer Modulator, als Informationsaufzeichnungselement, als Element mit variablem Widerstand oder als Verstärkungselement, wie nachfolgend erörtert, genutzt werden.
  • 2-2-1-1 Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Funktionselements
  • Unter Verwendung einer quintenären Magnetron-Sputtervorrichtung wurde ein magnetisches Funktionselement 110 tatsächlich hergestellt. Die Herstellprozedur ist die Folgende.
  • (i) Herstellen einer festen magnetischen Schicht
  • Als Erstes wurde eine stationäre magnetische Schicht 112 als Kobaltferrit-Dünnfilm auf dem Glassubstrat 111 aus BK-7 hergestellt. Genauer gesagt, wurde ein Kobaltferrit-Dünnfilm auf dem auf 250°C erwärmten Glassubstrat 111 durch eine erste Maske mit einer rechteckigen Öffnung von 20 μm in der vertikalen oder y-Richtung und 220 μm in der horizontalen oder x-Richtung hindurch auf dem Glassubstrat 111 abgeschieden. Der Kobaltferrit-Dünnfilm wurde unter Verwendung eines CoFe2O4-Sintertargets mit einer Abscheidungsrate von 0,3 nm/s durch HF-Magnetronsputtern mit einer Dicke von 300 nm abgeschieden. Als Sputtergas wurde Ar vermischt mit 10% O2 verwendet und bei einem Sputtergasdruck von 3 mTorr mit einer Rate von 20 sccm zugeführt.
  • (ii) Herstellung der elektrisch leitenden Schicht
  • Die elektrisch leitende Schicht 113, als mehrschichtiger Film aus abwechselnd einem Cr-Film und Fe-Ag-Filmen, wurde auf der stationären magneti schen Schicht 112 hergestellt. Genauer gesagt, wurde ein Fe-Ag-Mosaiktarget aus Ag-Platten mit der Form von sechs Sektoren mit jeweils einem Mittenwinkel von 15°, angeordnet auf einem Fe-Target, sowie ein Cr-Target gleichzeitig besputtert, während dafür gesorgt wurde, dass das mit der stationären magnetischen Schicht 112 versehene Glassubstrat 111 abwechselnd über den jeweiligen Targets verblieb, um Cr-Filme und Fe-Ag-Filme wiederholt bei Raumtemperatur auf dem Glassubstrat 111 abzuscheiden. Die Filmdicken wurden so eingestellt, dass jeder der Cr-Filme eine Filmdicke von 0,9 nm aufwies und jeder der Fe-Ag-Filme eine Filmdicke von 1,5 nm aufwies. Die Stapelfolge wurde so eingestellt, dass auf der stationären magnetischen Schicht 112 als Erstes ein Fe-Ag-Film abgeschieden wurde und nach 16,5 Perioden ein Fe-Ag-Film als oberste Schicht abgeschieden wurde.
  • (iii) Herstellung einer Isolierschicht
  • Auf der elektrisch leitenden Schicht 113 wurde eine Isolierschicht 116 aus Aluminiumoxid hergestellt. Genauer gesagt, wurde eine Mo-Maske mit einer quadratischen Öffnung von 20 μm auf 20 μm im Zentrum des abgeschiedenen Musters angeordnet, und auf diesem wurde dann ein Al-Dünnfilm abgeschieden. Dann wurde der Al-Dünnfilm, unter Verwendung der Substratätzfunktion einer Sputtervorrichtung, einer Plasmaoxidation unterzogen, um die Isolierschicht 116 auszubilden. Diese Plasmaoxidation des Al-Dünnfilms wurde bei einem Gasdruck von 10 mTorr in einer Atmosphäre von Ar vermischt mit 5% O2 ausgeführt.
  • (iv) Herstellung einer beweglichen magnetischen Schicht
  • Die bewegliche magnetische Schicht 117, aus einem Ni78Fe22-Legierungsdünnfilm wurde anschließend auf der Isolierschicht 116 hergestellt. Genauer gesagt, wurde eine Mo-Maske mit einer quadratischen Öffnung von 3 μm auf 3 μm ausgerichtet mit einem abgeschiedenen Muster auf dem Glassubstrat 111 angeordnet. Das Glassubstrat 111 wurde auf 160°C erwärmt, und darauf wurde ein Ni78Fe22-Dünnfilm mit einer Dicke von 110 nm abgeschieden. Dieser Ni78-Fe22-Dünnfilm wurde abgeschieden, während ein Magnetfeld von 50 Oe in einer Richtung parallel zur Längsseite des Musters (in der y-Richtung) angelegt wurde, um den Ni78Fe22-Legierungsdünnfilm mit einer Dicke von 10 nm mit magnetischer Anisotropie zu versehen.
  • (v) Herstellung von Elektroden
  • Dann wurden die Au-Elektroden 114, 115 an den beiden Enden der elektrisch leitenden Schicht 113 hergestellt. Genauer gesagt, wurden Au-Dünnfilme mit einer Größe von einer Länge von 100 μm, einer Breite von 100 μm und einer Dicke von 200 μm so abgeschieden, dass sie jeweils über den beiden Enden der elektrisch leitenden Schicht 113 lagen, d.h., über dem linken und rechten Ende des zuvor abgeschiedenen Musters lagen.
  • (vi) Magnetisierung der stationären magnetischen Schicht
  • Schließlich wurde ein Magnetfeld von 2 kOe durch einen Elektromagnet bei Raumtemperatur in einer Richtung parallel zur horizontalen Seite des Musters (x-Richtung) angelegt, um das in den 21 und 22 dargestellte magnetische Funktionselement 110 fertigzustellen, wobei die Magnetisierungsrichtung der stationären magnetischen Schicht 112 in der x-Richtung ausgerichtet war.
  • 2-2-1-2 Bestätigung der Austauschwechselwirkung
  • Dann wurde ein externes Magnetfeld an das auf die oben beschriebene Weise hergestellte magnetische Funktionselement 110 angelegt, um die Magnetisierungshysterese der beweglichen magnetischen Schicht 117 zu beobachten, um die Ergebnisses des vorliegens der Austauschwechselwirkung zu klären. Die Ergebnisse waren die Folgenden.
  • Um die Magnetisierungshysterese der beweglichen magnetischen Schicht 117 zu beobachten, wurde der magnetooptische Kerr-Effekt MOKE, der proportional zur Magnetisierung einer Materialoberflächenschicht verläuft, genutzt. Genauer gesagt, wurde eine Gruppe von MOKE-Messvorrichtungen in der xz-Ebene angeordnet, und eine andere Gruppe von MOKE-Messvorrichtungen wurde in der yz-Ebene angeordnet, um den Kerr-Rotationswinkel proportional zur Magnetisierungskomponente in der x-Richtung und proportional zur Magnetisierungskomponente in der y-Richtung zu messen.
  • Die MOKE-Messvorrichtung zum Messen des Kerr-Rotationswinkels in der x-Richtung beinhaltet ein optisches System aus einem Halbleiterlaser 121x zum Abstrahlen sichtbaren Laserlichts mit einer Wellenlänge von 670 nm, einem Lichtpolarisator 122x, eine erste Linse 123x, eine zweite Linse 124x, einen Lichtpolarisator 125x sowie einen Fotodetektor 126x mit Anordnung in der xz-Ebene, wie es in der 23 dargestellt ist. Die MOKE-Messvorrichtung strahlt das vom Halbleiterlaser 121x emittierte Laserlicht durch den Polarisator 122x und die erste Linse 123x zur beweglichen magnetischen Schicht 117 des magnetischen Funktionselements 110, und das von der beweglichen magnetischen Schicht 117 reflektierte Licht wird durch die zweite Linse 124x und den Lichtpolarisator 125x vom Fotodetektor 126x erfasst, um den Kerr-Rotationswinkel proportional zur Magnetisierungskomponente in der x-Richtung zu messen. Es ist zu beachten, dass der Einfallswinkel des auf die bewegliche Magnetisierungschicht 117 des magnetischen Funktionselements 110 gestrahlten Laserlichts und die Polarisationsfläche des Laserlichts so eingestellt sind, dass nur der MOKE, der der beweglichen magnetischen Schicht 117 zuzuschreiben ist, effizient erfasst werden kann.
  • Die MOKE-Messvorrichtung zum Messen des Kerr-Rotationswinkels in der y-Richtung beinhaltet ein optisches System aus einem Halbleiterlaser 121y zum Abstrahlen sichtbaren Laserlichts mit einer Wellenlänge von 670 nm, einem Lichtpolarisator 122y, eine erste Linse 122y, eine zweite Linse 124y, einen Lichtpolarisator 125y und einen Fotodetektor 126y, mit Anordnung in der yz-Ebene, wie es in der 23 dargestellt ist. Die MOKE-Messvorrichtung strahlt das vom Halbleiterlaser 121y emittierte Laserlicht durch den Polarisator 122y und die erste Linse 123y auf die bewegliche magnetische Schicht 117 des magnetischen Funktionselements 110, und das an der beweglichen magnetischen Schicht 117 reflektierte Laserlicht wird durch die zweite Linse 124y und den Lichtpolarisator 125y vom Fotodetektor 126y erfasst, um den Kerr-Rotationswinkel proportional zur Magnetisierungskomponente in der y-Richtung zu messen. Es ist zu beachten, dass der Eintrittswinkel des auf die bewegliche magnetische Schicht 117 des magnetischen Funktionselements 110 gestrahlten Laserlichts und die Polaristationsfläche des Laserlichts so eingestellt sind, dass nur der der beweglichen magnetischen Schicht 117 zuschreibbare MOKE effizient erfasst werden kann.
  • Um die Magnetisierungshysterese der beweglichen magnetischen Schicht 117 zu beobachten, wurde ein externes Magnetfeld mit variabler Stärke und Ausrichtung an das magnetische Funktionselement 110 angelegt. Das externe Magnetfeld wurde durch ein Paar Spulen 127, 128, die zu beiden Seiten des magnetischen Funktionselements 110 angeordnet wurden, an dieses angelegt, wie es in der 23 dargestellt ist. Die Stärke und die Ausrichtung des an das magnetische Funktionselement 110 angelegten Magnetfelds wurden durch Variieren des durch die Spulen 127, 128 fließenden Stroms und die Positionen derselben verändert.
  • Indessen wurde die horizontale Magnetisierungskurve der stationären magnetischen Schicht 112 unter Verwendung eines Schwingprobenmagnetometers VSM gemessen. Es zeigte sich, dass die Magnetisierungskurve eine zufriedenstellende Rechteckform zeigte, wobei die Koerzitivfeldstärke 1060 Oe betrug. So wurde die Magnetisierungshysterese für die bewegliche magnetische Schicht 117 durch den MOKE bei einer Stärke des angelegten Magnetfelds von bis zu ±50 Oe beobachtet, um keine Änderungen im Magnetisierungszustand der in der (+x)-Richtung magnetisierten stationären magnetischen Schicht 112 hervorzurufen. Es wurden vier Typen der Magnetisierungshysterese beobachtet, nämlich die Magnetisierungshysterese in der x-Richtung beim Fehlen eines in der beweglichen magnetischen Schicht 117 fließenden Stroms, die Magnetisierungshysterese in der y-Richtung beim Fehlen eines in der beweglichen magnetischen Schicht 117 fließenden Stroms, die Magnetisierunghysterese in der x-Richtung beim Vorliegen eines in der beweglichen magnetischen Schicht 117 fließenden Stroms, und die Magnetisierungshysterese in der y-Richtung beim Vorliegen eines in der beweglichen magnetischen Schicht 117 fließenden Stroms.
  • Als Erstes wurde die Magnetisierungshysterese beim Fehlen eines an die elektrisch leitende Schicht 113 gelieferten Stroms beobachtet. Die Beobachtungsergebnisse für die Magnetisierungshysterese in der x- und in der y-Richtung sind auf der oberen linken bzw. der oberen rechten Seite der 24 dargestellt. Die Magnetisierungshysterese für die x-Richtung, wie auf der oberen linken Seite der 24 dargestellt, repräsentiert eine Hysteresekurve, die eine nach links verschobene links-rechts-Symmetrie zeigt. Daraus ist es erkennbar, dass die bewegliche magnetische Schicht einer Vormagnetisierung unterliegt, die empfindlich auf die Magnetisierung in der (+x)-Richtung reagiert. Andererseits zeigt die Magnetisierungshysterese für die y-Richtung, die auf der oberen rechten Seite der 24 dargestellt ist, dass beim Fehlen eines in der elektrisch leitenden Schicht 113 fließenden Stroms die Restmagnetisierung in der y-Richtung beim Magnetfeld null extrem klein ist. Daraus ist es erkennbar, dass beim Magnetfeld null die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 im Wesentlichen in der x-Richtung ausgerichtet ist.
  • Dann wurde, während ein Strom von 1,2 mA an die elektrisch leitende Schicht 113 geschickt wurde, die Magnetisierungshysterese der beweglichen magnetischen Schicht 117 beobachtet. Die Beobachtungsergebnisse für die Magnetisierungshysterese in der x- und der y-Richtung sind auf der unteren linken bzw. unteren rechten Seite dargestellt. Wie es aus diesen Beobachtungsergebnissen erkennbar ist, zeigt die bewegliche magnetische Schicht 117, wenn ein Strom durch die elektrisch leitende Schicht 113 geschickt wurde, Eigenschaften einer leichten Magnetisierung in der y-Richtung.
  • Indessen zeigte, wenn die Stromversorgung unterbrochen wurde, um die Magnetisierungshysterese der beweglichen magnetischen Schicht 117 zu beobachten, dieselbe die Magnetisierungshysterese, wie sie auf der Oberseite der 24 dargestellt ist. Dies zeigt, dass Änderungen von reversibler Art waren, unabhängig davon, ob ein Strom durch die bewegliche magnetische Schicht 117 geschickt wurde oder nicht.
  • Zum Vergleich wurde nur ein Ni-Fe-Legierungsdünnfilm auf einem unmagnetischen Substrat hergestellt und es wurde die Magnetisierungshysterese desselben beobachtet. Die Ergebnisse sind in der 25 dargestellt. Die für diese Beobachtungen verwendeten Proben wurden dadurch hergestellt, dass Ni-Fe-Dünnfilme in einer Umgebung auf einem Glassubstrat hergestellt wurden, bei der, wie im Fall der Herstellung der beweglichen magnetischen Schicht 117, ein Magnetfeld in der y-Richtung angelegt wurde. Die Magnetisierungskurve in der y-Richtung des Ni-Fe-Legierungsdünnfilms, der in einer Umgebung hergestellt worden war, bei der ein Magnetfeld in der y-Richtung angelegt wurde, zeigte eine große Koerzitivfeldstärke und eine große Restmagnetisierung, was anzeigt, dass in diesem Ni-Fe-Legierungsdünnfilm eine magnetische Anisotropie der leichten Magnetisierung in der y-Richtung vorliegt.
  • Wie es aus der 25 erkennbar ist, verfügt der Ni-Fe-Legierungsdünnfilm, der in einem Magnetfeld abgeschieden wurde, eine leichte Achse in der Richtung des angelegten Magnetfelds. Daher verfügt die bewegliche magnetische Schicht 117 des magnetischen Funktionselements 110 selbst über eine leichte Achse in der y-Richtung. Es wird davon ausgegangen, dass die Eigenschaften der in der 24 dargestellten Beobachtungsergebnisse den Effekt durch die untere Schicht widerspiegeln.
  • Wenn kein Strom durch die elektrisch leitende Schicht 113 geschickt wird, wird die bewegliche magnetische Schicht 117 im Magnetfeld null vormagnetisiert, so dass sie leicht in der x-Richtung magnetisierbar ist. Dies legt es nahe, dass sich die ferromagnetische Wechselwirkung des Ausrichtens der Magnetisierungsrichtung von der in der (+x)-Richtung magnetisierten unteren Schicht ausbreitet. Wenn andererseits ein Strom durch die elektrisch leitende Schicht 113 geschickt wird, zeigt die bewegliche magnetische Schicht 117 Eigenschaften ähnlich den in der 25 dargestellten Beobachtungsergebnissen zu den Vergleichsbeispielen, so dass sich die der beweglichen magnetischen Schicht selbst eigenen Eigenschaften deutlicher zeigen. Daraus ist es erkennbar, dass durch Hindurchschicken eines Stroms durch die elektrisch leitende Schicht 113 der Effekt von der unteren Schicht her geschwächt wird.
  • Die oben angegebenen Beobachtungsergebnisse deuten es an, dass zwischen der beweglichen magnetischen Schicht 117 und der stationären magnetischen Schicht 112 als Schicht unter der beweglichen magnetischen Schicht 117 eine Austauschwechselwirkung existiert, die dadurch geschwächt wird, dass die elektrisch leitende Schicht dadurch geschwächt wird, dass der elektrisch leitenden Schicht 113 ein Strom zugeführt wird.
  • 2-2-1-3 Verifizierung eines Schaltvorgangs
  • Die 26 zeigt das Verhältnis der Magnetisierungskomponenten in den jeweiligen Richtungen im Zustand mit einem Magnetfeld null, wie aus der 24 abgelesen, und der Ausrichtung des Magnetisierungsvektors der beweglichen magnetischen Schicht 117, wie aus dem Ausleseverhältnis abgeschätzt. In der 26 kennzeichnen Vektoren A und B die Ausrichtungen des Magnetisierungsvektors der beweglichen magnetischen Schicht 117 im Zustand mit fließendem Strom bzw. im Zustand ohne fließenden Strom.
  • Aus der 26 ist es erkennbar, dass die Magnetisierung der beweglichen magnetischen Schicht 117 ihren Absolutwert nicht ändert und sie zwischen ungefähr 20° und ungefähr 85° hinsichtlich des Winkels geschaltet wird, den die Magnetisierungsrichtung mit der x-Richtung bildet. Tatsächlich wurde geklärt, dass der Magnetisierungsvektor der beweglichen magnetischen Schicht 117 durch das Ein-/Ausschalten des an die elektrisch leitende Schicht 113 gelieferten Stroms zwischen diesen zwei Richtungen geschaltet wurde.
  • Beim Klären des Schaltvorgangs wurden zwei Gruppen der in der 23 dargestellten MOKE-Messvorrichtungen gleichzeitig verwendet, und das Ein-/Russchalten des Stroms für die elektrisch leitende Schicht 117 wurde umgeschaltet, während der Kerr-Rotationswinkel in der x-Richtung proportional zur Magnetisierungskomponente in der x-Richtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 sowie derjenige in der y-Richtung proportional zur Magnetisierungskomponente in der y-Richtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 überwacht wurden.
  • Die Ergebnisse sind in der 27 dargestellt, wobei Θk-x den Kerr-Rotationswinkel in der x-Richtung bezeichnet, Θk-y den Kerr-Rotationswinkel in der y-Richtung kennzeichnet und i den an die elektrisch leitende Schicht 113 gelieferten Strom kennzeichnet. Wie es aus der 27 erkennbar ist, wird in der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 eine Änderung beobachtet, die mit dem Ein-/Ausschalten des an die elektrisch leitende Schicht 113 gelieferten Stroms synchronisiert ist, während auch ein 'momentaner' Schaltvorgang beobachtet wird, bei dem sich das Ausgangssignal nur so lange ändert, wie ein Strom in die elektrisch leitende Schicht 113 eingegeben wird.
  • Indessen änderte sich, wenn ein Strom an die elektrisch leitende Schicht 113 geliefert wurde, der Magnetisierungsvektor der beweglichen magnetischen Schicht 117 in einer Richtung zum Erhöhen des Winkels, den der Vektor mit der Stromflussrichtung bildet. Jedoch änderte sich der Winkelbereich, für den ein Schaltvorgang auftrat, trotz Änderungen der Strompolarität nicht. Daraus ist es erkennbar, dass die Rolle, die das durch den Strom erzeugte Magnetfeld beim Ändern der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 spielt, klein ist und dass die Bewegungskraft, die für den Schaltvorgang sorgt, in Änderungen der Austauschwechselwirkung liegt.
  • Indessen bestehen beim magnetischen Funktionselement die obere und die untere Schicht in Bezug auf die elektrisch leitende Schicht 113 aus einem Oxid mit einem elektrischen Widestand, der deutlich höher als der der elektrisch leitenden Schicht 113 ist. Daher fließt der über die Elektroden 114, 115 zugeführte Strom von 1,2 mA im Wesentlichen nur durch die elektrisch leitende Schicht 113. Beim magnetischen Funktionselement 110 ist der Teil der elektrisch leitenden Schicht 113 mit einer Breite von 20 μm, der am Schaltvorgang der beweglichen elektrisch leitenden Schicht 117 teilnimmt, nur der zentrale Teil von 3 μm mit einer Größe von 3 μm auf 3 μm. So erfolgt der Schaltvorgang bei einem Nettostrom von 0,18 mA.
  • Auf diese Weise kann mit dem elektrisch leitenden Funktionselement 117 ein Schaltvorgang mit extrem kleinem Strom realisiert werden. Für einen herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher wurde berichtet, dass der Strom, der durch einen Leiter geschickt wurde, um die Magnetisierung eines Aufzeichnungsträgers zu kontrollieren, auf ungefähr 1 mA abgesenkt werden konnte. Beim oben beschriebenen magnetischen Funktionselement kann ein Schaltvorgang mit einem deutlich kleineren Strom realisiert werden. Darüber hinaus kann beim erfindungsgemäßen System, bei dem die Magnetisierung durch die Austauschwechselwirkung kontrolliert wird, der für den Schaltvorgang erforderliche Strom weiter verkleinert werden, wenn die Zellengröße kleiner ist. Indessen beträgt, wenn ein Strom von 1,3 mA an die elektrisch leiten-Schicht 113 geliefert wird, die Stromdichte ungefähr 1,56 × 109 A/m2. Dieser Wert hat im Wesentlichen dieselbe Größenordnung wie die Stromdichte des Stroms, der durch den Leiter geschickt wird, um die Magnetisierung des Aufzeichnungsträgers einzustellen.
  • 2-2-2-4 Betriebsweise der elektrisch leitenden Schicht
  • Beim oben beschriebenen magnetischen Funktionselement 110 wird der mehrschichtige Film, der durch wiederholtes Aufschichten von Cr- und Fe-Ag-Filmen erhalten wird, als elektrisch leitende Schicht 113 verwendet, die die Austauschwechselwirkung zwischen der stationären magnetischen Schicht 112 und der beweglichen magnetischen Schicht 117 kontrolliert. Der Mechanismus zum Kontrollieren der Austauschwechselwirkung zwischen der stationären magnetischen Schicht 112 und der beweglichen magnetischen Schicht 117 durch die elektrisch leitende Schicht 113 wird nun erläutert.
  • Wenn im mehrschichtigen Film aus aufeinander geschichteten Cr- und Fe-Filmen die Dicke t der Cr-Schicht mit einem geeigneten Wert, wie 0,7 nm, ausgewählt wird, wird auf bekannte Weise eine antiferromagnetische Kopplung realisiert, bei der die Magnetisierungen der Fe-Filme zu beiden Seiten eines Cr-Films antiparallel zueinander verlaufen. Wenn an Stelle eines Fe-Films ein Fe-Ag-Film verwendet wird, erfolgt zu beiden Seiten des Cr-Films eine ähnliche magnetische Kopplung. Es ist jedoch zu beachten, dass dann, wenn an Stelle eines Fe-Films ein Fe-Ag-Film verwendet wird, die magnetische Kopplung des gesamten mehrschichtigen Films wegen des Ag-Gehalts schwächer wird.
  • Da eine gerade Anzahl von Cr-Filmen vorliegt, wird zwischen dem untersten Fe-Ag-Film und dem obersten Fe-Ag-Film eine ferromagnetische Kopplung erzeugt, die die Tendenz zeigt, die magnetischen Momente der zwei Schichten in derselben Richtung und mit derselben Stärke auszurichten.
  • Der zunächst aufgeschichtete Fe-Ag-Film wird ferromagnetisch mit der stationären magnetischen Schicht 112 aus dem Kobaltferrit-Dünnfilm gekoppelt. Andererseits wird die aus Aluminiumoxid bestehende Isolierschicht 116 auf dem zuletzt aufgeschichteten Fe-Ag-Film hergestellt. Diese Isolierschicht 116 ist von extrem geringer Dicke, und sie verfügt demgemäß über viele feine Löcher. So ist der oberste Fe-Ag-Film ferromagnetisch über diese feinen Löcher mit der darauf ausgebildeten beweglichen magnetischen Schicht 117 der Ni-Fe-Legierungsdünnfilme gekoppelt. Wenn die Kopplung von der stationären magnetischen Schicht 112 zur beweglichen magnetischen Schicht 117 in der Vorwärtsrichtung verfolgt wird, zeigt es sich, dass zwischen der stationären magnetischen Schicht 112 und der beweglichen magnetischen Schicht 117 eine ferromagnetische Kopplung erzeugt wird, was in übereinstimmung mit der Schlussfolgerung aus der oben in der 24 dargestellten Magnetcharakteristik steht.
  • Wenn ein Strom an die elektrisch leitende Schicht 113 geliefert wird, wird die magnetische Kopplung zwischen der stationären magnetischen Schicht 112 und der beweglichen magnetischen Schicht 117 geschwächt. Jedoch ist es schwierig, die Schwächung der magnetischen Kopplung einem einzelnen Grund zuzuschreiben. Wenn der Mechanismus zu betrachten ist, kann davon ausgegangen werden, dass dann, wenn der elektrisch leitenden Schicht 113 ein Strom zugeführt wird, in dieser durch den Strom eine übermäßig hohe Elektronenstreuung erzeugt wird, so dass der Spin in vertikaler Richtung relativ zur Filmoberfläche der aufgeschichteten Filme transportiert wird, was die Elektronen stört, die an der Austauschwechselwirkung zwischen der oberen und der unteren magnetischen Schicht teilnehmen, wodurch die magnetische Kopplung geschwächt wird. Es kann auch in Betracht gezogen werden, da der Temperaturanstieg durch den Strom die magnetische Ordnung in der elektrisch leitenden Schicht schwächt, die magnetische Kopplung durch den Temperaturanstieg zerbrochen wird, zu dem es durch den Strom kommt, wodurch die Stärke der magnetischen Kopplung geschwächt wird, die durch die gesamte elektrisch leitende Schicht vermittelt wird.
  • Ein Beispiel für die elektrisch leitende Schicht 113 ist in der 28 dargestellt. Die in der 28 dargestellte elektrisch leitende Schicht 113A besteht aus mehreren magnetischen Schichten 113A und zwischen diesen angeordneten Zwischenschichten 113B. Obwohl die elektrisch leitende Schicht 113A aus vier magnetischen Schichten 113A und drei Zwischenschichten 113B besteht, besteht die beim oben angegebenen magnetischen Funktionselement 110 verwendete elektrisch leitende Schicht 113 aus 17 magnetischen Schichten 113A und 16 Zwischenschichten 113B. Jedoch besteht keine spezielle Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der Schichten, die abhängig vom gewünschten magnetischen Kopplungszustand geeignet geändert werden kann.
  • Auch ist in der elektrisch leitenden Schicht 113 des magnetischen Funktionselements 110 als magnetische Schicht 113A ein Fe-Ag-Film verwendet, und als Zwischenschicht 113B ist ein Cr-Film verwendet. Jedoch besteht für die Materialien der magnetischen Schichten 113A oder der Zwischenschichten 113B keine Beschränkung auf diese Materialien.
  • Zum Beispiel können ferromagnetische Materialien wie Fe, Co oder Ni oder Legierungen hiervon mit unmagnetischen Metallen verwendet werden. Als Zwischenschichten 113B können beinahe alle Metallarten verwendet werden. Zum Beispiel können Ti, V, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt oder Au verwendet werden. Auch kann für die Zwischenschichten 113B selbstverständlich Cr, das bei Raumtemperatur selbst Antiferromagnetismus zeigt, verwendet werden, wie es in der oben genannten elektrisch leitenden Schicht 113 verwendet wird. Bei der elektrisch leitenden Schicht 113A, die über diese Schichtstruktur verfügt, kann durch z. B. den Typ er magnetischen Schichten 113A, die Dicke der Zwischenschichten 113B oder die Anzahl der magnetischen Schichten 113A oder der Zwischenschichten 113B wahlfrei geändert werden, ob die sich ergebende magnetische Kopplung ferromagnetisch oder antiferromagnetisch ist oder wie hoch die Stärke der magnetischen Kopplung ist.
  • Indessen reicht es aus, wenn die im magnetischen Funktionselement 110 verwendete elektrisch leitende Schicht 113 die Funktion des Änderns der Ausbreitungsart der magnetischen Wechselwirkung in der festen Phase hat. Daher kann die elektrisch leitende Schicht 113 aus einem Verbundmaterial bestehen, das sowohl ein Material enthält, das als einzelne Phase magnetische Ordnung zeigt, als auch ein unmagneitsches Material. In diesem Fall kann die elektrisch leitende Schicht 113 ohne Verwendung einer mehrdimensionalen Sputtervorrichtung hergestellt werden, um ihre Herstellung zu vereinfachen.
  • Die elektrisch leitende Schicht 113 kann aus aufeinander geschichteten Dünnfilmen oder in der Zusammensetzung modulierten Filmen bestehen, die durch abwechselndes Herstellen von Bereichen mit ferromagnetischer Zusammensetzung und Bereichen mit unmagnetischer Zusammensetzung erhalten werden. Dies führt zum Vorteil, dass die Struktur der elektrisch leitenden Schicht 113 leicht kontrolliert werden kann, um für hohe Reproduzierbarkeit der Eigenschaften zu sorgen. Darüber hinaus kann durch Variieren der Filmdicken oder der Schichtungsperioden auf einfache Weise ein Materialdesign oder ein Anpassen von Eigenschaften realisiert werden. Dies gilt für die in der 28 dargestellte elektrisch leitende Schicht 113A.
  • Die elektrisch leitende Schicht 113 kann aus einer dreidimensionalen Mischung von Bereichen mit ferromagnetischer Zusammensetzung und Bereichen unmagnetischer Zusammensetzungen bestehen. Da eine Anzahl von Pfaden der magnetischen Kopplung verschiedener Stärken existiert, wird es möglich, die magnetische Kopplung dadurch allmählich zu verringern, dass Pfade weggelassen werden, wobei mit den schwächeren Kopplungspfaden begonnen wird. Daher ist diese Struktur für Analogbetrieb besonders geeignet, wie im Fall des Elements mit variablem Widerstand, das anschließend erläutert wird.
  • Die 29 zeigt ein typisches Beispiel der elektrisch leitenden Schicht 113 aus einer dreidimensionalen Mischung von Bereichen einer ferromagnetischer Zusammensetzung und Bereichen unmagnetischer Zusammensetzungen. Die in der 29 dargestellte elektrisch leitende Schicht 113B ist eine Struktur mit fein dispergierten Teilchen, bei der in dieser ferromagnetische Teilchen 113C in einem unmagnetischen Material 113B dispergiert sind, wobei die elektrisch leitende Kopplung wie bei Treppenstufen zwischen ferromagnetischen Teilchen 113C übertragen wird, wodurch die zu beiden Seiten der elektrisch leitenden Schicht 113B angeordnete stationäre magnetische Schicht 112B und bewegliche magnetische Schicht 117 magnetisch miteinander gekoppelt sind.
  • Die magnetische Kopplung zwischen den ferromagnetischen Teilchen ist extrem schwach, so dass dann, wenn in der elektrisch leitenden Schicht 113B ein Strom fließt, die Tendenz besteht, dass die magnetische Kopplung durch übermäßige Elektronenstreuung und einen Temperaturanstieg zerstört wird. Das heißt, dass in der elektrisch leitenden Schicht 113B mit einer Struktur einer Dispersion feiner Teilchen die magnetische Kopplung zwischen der stationären magnetischen Schicht 112 und der beweglichen Schicht 117, die zu ihren beiden Seiten angeordnet sind, von der schwachen magnetischen Kopplung zwischen den ferromagnetischen Teilchen abhängt, so dass die Tendenz besteht, dass die makroskopische magnetische Kopplung durch den in der elektrisch leitenden Schicht 113B fließenden Strom zerstört wird.
  • Bei der elektrisch leitenden Schicht 113B mit einer Struktur einer Dispersion feiner Teilchen können die oben genannten Materialien, wie sie für die elektrisch leitende Schicht 113a, die die elektrisch leitende Schicht 113A der Schichtstruktur bildet, aufgelistet wurden, als Materialien der ferromagnetischen Teilchen 113c verwendet werden. Auch können die für die Zwi schenschichten 113b, die die elektrisch leitende Schicht 113A mit Schichtstruktur bilden, aufgelisteten Materialien als Materialien der unmagnetischen Schichten 113d verwendet werden, in der die ferromagnetischen Teilchen 113c dispergiert werden.
  • Indessen kann die Struktur einer Dispersion feiner Teilchen auch als Element der Schichtstruktur verwendet werden. Obwohl beim magnetischen Funktionselement 110 ein Fe-Ag-Film als elektrisch leitende Schicht 113 verwendet ist, kann korrekterweise gesagt werden, dass der Fe-Ag-Film, der aus einem Materialgemisch zweier Phasen vom Typ einer nicht-Feststofflösung besteht, eine Struktur einer Dispersion feiner Teilchen ist.
  • Die elektrisch leitende Schicht 113 muss nicht unbedingt aus zwei koexistenten Phasen bestehen, sondern sie kann auch aus einem einphasigen, ferrimagnetischen Material in einem Zustand nahe an einem Kompensationspunkt bestehen. Das einphasige, ferrimagnetische Material im Zustand nahe an einem Kompensationspunkt zeigt merkliche Änderungen der makroskopischen magnetischen Eigenschaften durch von außen zugeführte Stimuli. So ist es unter Verwendung eines einphasigen, ferrimagnetischen Materials im Zusand nahe an einem Kompensationspunkt als Material für die elektrisch leitende Schicht 113 möglich, den magnetischen Kopplungszustand zwischen der stationären magnetischen Schicht 112 und der beweglichen magnetischen Schicht 117 zu kontrollieren oder direkt die Vormagnetisierung für die bewegliche magnetische Schicht 117 zu modulieren.
  • 2-2-1-5 Ausgabeverfahren
  • Beim obigen Versuch wurden die Ergebnisse eines Schaltvorgangs zum Schalten der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 optisch unter Ausnutzung des MOKE erfasst. Dies gilt gleich für ein als elektrooptische Modulationseinheit arbeitendes magnetisches Funktionselement 110. Jedoch können die Ergebnisse des Schaltvorgangs für die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 aus elektrisches Ausgangssignal erhalten werden.
  • Wenn die Ergebnisse eines Schaltvorgangs der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 als elektrisches Ausgangssignal zu erhalten sind, werden eine Abstandshalterschicht 130 aus einem unmagnetischen Metall und eine magnetische Schicht 113 aus einem magnetischen Metall mit fester Magnetisierungsrichtung auf der beweglichen magnetischen Schicht 117 angeordnet, wie es in der 30 dargestellt ist. Durch Anordnen der Abstandshalterschicht 130 und der magnetischen Schicht 131 in der beweglichen magnetischen Schicht 117 können Änderungen der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 als Widerstandsänderungen auf Grund des Spinventilbetriebs der beweglichen magnetischen Schicht 117, der Abstandshalterschicht 130 und der magnetischen Schicht 131 erfasst werden.
  • Genauer gesagt, wird eine Ausgangsschaltung 132 zum Verbinden der beweglichen magnetischen Schicht 117 und der magnetischen Schicht 131 aufgebaut, wie es in der 30 dargestellt ist. Dabei ändert sich der elektrische Widerstand abhängig vom Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 mit der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 131 bildet, wobei die Stärke des in der Ausgangsschaltung fließenden Ausgangsstroms variiert.
  • Indessen können die Ergebnisse eines Schaltvorgangs der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 auch dadurch erfasst werden, dass an Stelle des Spinventileffekts der Tunnel-Magnetowiderstandseffekt genutzt wird. Wenn der Tunnel-Magnetowiderstandseffekt genutzt wird, wird die Abstandshalterschicht 130 aus einem isolierenden Material hergestellt. Wenn für die Abstandshalterschicht 130 ein isolierendes Material verwendet ist, ändert sich die Stärke des in der Ausgangsschaltung 132 fließenden Stroms durch den Tunnel-Magnetowiderstandseffekt.
  • Alternativ können geeigneterweise vier Anschlüsse mit der beweglichen magnetischen Schicht 117 verbunden werden, die dazu verwendet werden, ein Spannungsausgangssignal auf Grund des Hall-Effekts abhängig von der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 117 zu erhalten.
  • 2-2-2 Informationsaufzeichnungselement vom einmal beschreibbaren Typ
  • Nachfolgend wird ein Informationsaufzeichnungselement vom einmal beschreibbaren Typ unter Ausnutzung der Austauschwechselwirkung durch den Strom erläutert.
  • Indessen wird der Vorgang des Ausrichtens der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht in einer bestimmten Richtung als Ansteuervorgang bezeichnet. Die Schicht, die die Ansteuerung für die bewegliche magnetische Schicht ausführt, wird als Ansteuerschicht bezeichnet. In der folgenden Beschreibung werden diejenigen Teile, die der stationären magne tischen Schicht 112 und der elektrisch leitenden Schicht 113 des oben beschriebenen magnetischen Funktionselements 110 entsprechen, zusammengefasst als Steuerschicht bezeichnet.
  • 2-2-2-1 Informationsaufzeichnungselement vom Ansteuerungstyp mit Positivlogik
  • In den 31A bis 31C, die schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Ansteuerprinzips des Informationsaufzeichnungselements sind, ohne dass speziell die Leiterbahn für die Ausgangs- oder Eingangsschaltungen dargestellt wäre, zeigen ein Beispiel eines Informationsaufzeichnungselements, das ein einmaliges Schreiben durch Ausnutzen der Modulation der Austauschwechselwirkung ermöglicht.
  • Gemäß den 31A bis 31C verfügt das Informationsaufzeichnungselement 140 über eine Steuerschicht 141, auf der ein magnetisches Material 142 ausgebildet ist, das uniaxial magnetische Anisotropie zeigt und für eine Binäraufzeichnung abhängig von der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 142 ausgebildet ist. In den 31A bis 31C kennzeichnen Pfeile M1 und A1 die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 142 und den Ansteuerungvorgang, wie er von der Steuerschicht 141 auf die bewegliche magnetische Schicht 142 wirkt.
  • Dieses Informationsaufzeichnungselement 140 ist ein sogenanntes Element 'vom Ansteuerungstyp mit Positivlogik', bei dem der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 141 auf die bewegliche magnetische Schicht 142 wirkt, wenn die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 142 verändert wird. Nachfolgend wird das Ansteuerprinzip für das Informationsaufzeichnungselement 140 erläutert.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 140 wird die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 142 in den Rücksetzzustand versetzt, um gegenüber der Richtung des Ansteuerungsvorgangs A1 von der Steuerschicht 141 zurückgesetzt zu sein, wie es in der 31A dargestellt ist. Beim Beispiel der 31A bis 31C zeigt die Richtung des Ansteuerungsvorgangs A1 nach links, und im rückgesetzten Zustand zeigt die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 142 nach rechts. In diesem Zustand wird Strom an eine elektrisch leitende Schicht der Steuerschicht 141 geliefert, damit der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 141 auf die bewegliche magnetische Schicht 142 endet.
  • Um die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 142 in den Einschaltzustand für das Schreiben von Information zu versetzen, wird die Stromversorgung an die die Steuerschicht 141 bildende elektrisch leitende Schicht beendet. Dies erzeugt die Austauschwechselwirkung zwischen der Steuerschicht 141 und der beweglichen magnetischen Schicht 142, während der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 141 zur beweglichen magnetischen Schicht 142 erzeugt wird.
  • Dabei ist der Ansteuerungsvorgang A1, der von der Steuerschicht 141 auf die bewegliche magnetische Schicht 142 wirkt, so ausgebildet, dass er über eine Stärke über der Koerzitivfeldstärke der beweglichen magnetischen Schicht 142 verfügt. Wenn der Ansteuerungsvorgang A1 so ausgebildet ist, dass er die Koerzitivfeldstärke der beweglichen magnetischen Schicht 142 überschreitet, wird die Magnetisierung derselben invertiert, wenn der Einschaltzustand erreicht ist, wobei die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 142 dann mit der Richtung des Ansteuerungsvorgangs A1 ausgerichtet wird. Das heißt, dass beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 140 die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 142 nach links umgekehrt wird, wenn der Einschaltzustand erreicht ist.
  • Wenn dann der elektrisch leitenden Schicht der Steuerschicht 141 ein Strom zugeführt wird, um den Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 141 auf die bewegliche magnetische Schicht 142 zu sperren, bleibt die umgekehrte Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 142 wegen der uniaxialen magnetischen Anisotropie aufrechterhalten, wie in der 31C dargestellt ist. Das heißt, dass dann, wenn der Ansteuerungsvorgang A1 an seiner Einwirkung von der Steuerschicht 141 auf die bewegliche magnetische Schicht 142 gehindert wird, der eingestellte Zustand, gemäß dem die Magnetisierungsrichtung M1 des magnetischen Materials 142 umgekehrt ist, aufrechterhalten bleibt, wie es in der 31C dargestellt ist.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 140 kann, wie oben beschrieben, die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 142 dadurch umgekehrt werden, dass die Stromversorgung zur die Steuerschicht 141 bildenden elektrisch leitenden Schicht ein-/ausgeschaltet wird, was ein binäres Aufzeichnen abhängig von der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 142 ermöglicht. Es ist zu beachten, dass beim Informationsaufzeichnungselement 140 die Stromversorgung zur elektrisch leitenden Schicht der Steuerschicht 141 fortgesetzt werden muss, um den Rücksetzzustand aufrechtzuerhalten, so dass es sich um keinen nichtflüchtigen Speicher handelt.
  • Die Erfinder haben tatsächlich als oben genanntes Informationsaufzeichnungselement 140 ein Element hergestellt, das, ähnlich wie das in den 21 und 22 dargestellte magnetische Funktionselement 110 über ein Glassubstrat verfügt, auf dem eine stationäre magnetische Schicht aus einem Kobaltferrit-Dünnfilm, der in der (–x)-Richtung magnetisiert ist, ein mehrschichtiger, elektrisch leitender Film, der durch wiederholtes Aufschichten von Cr- und Fe-Ag-Filmen hergestellt wurde, eine Isolierschicht aus Aluminiumoxid und eine bewegliche magnetische Schicht aus Ni-Fe-Legierungsdünnfilmen mit einer leichten Achse in der x-Richtung hergestellt wurden.
  • Die Änderungen, die hinsichtlich der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht beim Ändern des Ein/Aus-Zustands der Stromversorgung zur elektrisch leitenden Schicht hervorgerufen wurden, wurden durch Messen des MOKE geprüft. Genauer gesagt, wurde ein Magnetfeld von 40 Oe in der (+x)-Richtung angelegt, wobei der elektrisch leitenden Schicht ein Strom zugeführt wurde, um die Magnetisierung der beweglichen magnetischen Schicht in die (+x)-Richtung auszurichten. Dann wurde das angelegte Magnetfeld weggenommen, während der Strom kontinuierlich der elektrisch leitenden Schicht zugeführt wurde. Es ergab sich, dass die Magnetisierung der beweglichen elektrisch leitende Schicht in der (+x)-Richtung aufrechterhalten blieb und dass beim Wegnehmen der Stromversorgung die Magnetisierung auf die (–x)-Richtung invertiert wurde.
  • So wurde herausgefunden, dass durch Ein-/Ausschalten der Stromversorgung für die elektrisch leitende Schicht die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht geändert werden konnte, um einen Vorgang eines einmaligen Schreibens zu ermöglichen. Es ist jedoch zu beachten, dass der Schaltvorgang der beweglichen magnetischen Schicht in diesem Fall nicht ein Schaltvorgang betreffend eine Änderung des Winkels zwischen der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht und der x-Richtung von ungefähr 20° auf ungefähr 85° ist, sondern dass es sich um einen Schaltvorgang zwischen parallel und antiparallel handelt.
  • 2-2-2-2 Informationsaufzeichnungselement von Ansteuerungstyp mit Negativlogik
  • In den 32A bis 32C ist eine Modifizierung des Informationsaufzeichnungselements dargestellt, das einen Vorgang eines einmaligen Schreibens durch Ausnutzen der Modulation der Austauschwechselwirkung durch den Strom ermöglicht. Indessen sind die 32A bis 32C, ähnlich wie die 31A bis 31C, schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Ansteuerprinzips eines Informationsaufzeichnungselements, ohne dass die Leiterbahn für Ausgangs- oder Eingangsschaltungen speziell dargestellt wären.
  • Gemäß den 32A bis 32C, die ein Informationsaufzeichnungselement 150 zeigen, ist eine bewegliche magnetische Schicht 152 mit uniaxialer magnetischer Anisotropie auf einer Steuerschicht 151 ausgebildet, und eine antiferromagnetische Schicht 153 zum Ausüben der Ansteuerungswirkung, umgekehrt zur Ansteuerungswirkung von der Steuerschicht 151 auf die bewegliche magnetische Schicht 152, ist auf dieser angeordnet, um ein binäres Aufzeichnen abhängig von der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 152 zu ermöglichen. In den 32A bis 32C kennzeichnen Pfeile A1, A2 und M1 den Ansteuerungsvorgang von der Steuerschicht 151 auf die bewegliche magnetische Schicht 152, den Ansteuerungsvorgang von der antiferromagnetischen Schicht 153 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 bzw. die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 152.
  • Dieses Informationsaufzeichnungselement 150 ist ein sogenanntes Element vom Ansteuerungstyp mit Negativlogik, bei dem sich die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 ändert, wenn der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 151 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 endet. Nachfolgend wird das Ansteuerungsprinzip bei diesem Informationsaufzeichnungselement 150 erläutert.
  • Bei diesem Informationsaufzeichnungselement 150 wird die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 in derselben Richtung wie der Ansteuerungsvorgang A1 im Rücksetzzustand eingestellt, wie es in der 32A dargestellt ist. Bei der Ausführungsform der 32A bis 32C zeigt die Richtung des Ansteuerungsvorgangs A1 nach rechts, und im Rücksetzzustand zeigt die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 nach rechts.
  • Bei diesem Informationsaufzeichnungselement 150 wird im Rücksetzzustand kein Strom an die elektrisch leitende Schicht der Steuerschicht 151 geliefert. Daher wird im Rücksetzzustand der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 151 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 ausgeübt. Jedoch wird beim Informationsaufzeichnungselement 150 ein Ansteuerungsvorgang A2 mit umgekehrter Richtung gegenüber dem Ansteuerungsvorgang 'A1 von der Steuerschicht 151 von der antiferromagnetischen Schicht 153 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 ausgeübt, wobei der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 151 durch den Ansteuerungsvorgang A2 von der antiferromagnetischen Schicht 153 aufgehoben wird. Da jedoch die antiferromagnetische Schicht 153 uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt, wird die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 in ihrer anfänglichen Magnetisierungsrichtung gehalten, ohne dass Abhängigkeit vom Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 151 oder vom Ansteuerungsvorgang A2 von der antiferromagnetischen Schicht 153 bestünde.
  • Wenn die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 zu ändern ist, um einen Einschaltzustand zum Schreiben von Information einzustellen, wird Strom an die elektrisch leitende Schicht der Steuerschicht 151 geliefert. Dies schwächt die Austauschwechselwirkung zwischen der Steuerschicht 151 und der beweglichen magnetischen Schicht 152, so dass der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 151 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 unwirksam gemacht wird. Der Ansteuerungsvorgang A2 von der antiferromagnetischen Schicht 153 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 wird so eingestellt, dass er eine starke über der Koerzitivfeldstärke der beweglichen magnetischen Schicht 152 aufweist. Wenn der Ansteuerungsvorgang A2 von der antiferromagnetischen Schicht 153 so konzipiert ist, dass er die Koerzitivfeldstärke der beweglichen magnetischen Schicht 152 überschreitet, wird die Magnetisierung der beweglichen magnetischen Schicht 153 umgekehrt, wenn der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 151 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 nicht mehr wirkt, wobei die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 mit der Richtung des Ansteuerungsvorgangs A2 von der antiferromagnetischen Schicht 153 ausgerichtet wird. Das heißt, dass beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 150 die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 nach links invertiert ist, wenn der Einschaltzustand erreicht ist.
  • Wenn anschließend kein Strom mehr an die die Steuerschicht 151 bildende elektrisch leitende Schicht geliefert wird, damit der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 151 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 wirken kann, wird der Ansteuerungsvorgang A1 durch den Ansteuerungsvorgang A2 von der antiferromagnetischen Schicht 153 aufgehoben, wie im Fall des Rücksetzzustands. Da die bewegliche magnetische Schicht 152 über uniaxiale magnetische Anisotropie verfügt, bleibt die umgekehrte Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 unverändert, wie es in der 32C dargestellt ist. Das heißt, dass dann, wenn der die Steuerschicht 151 bildenden elektrisch leitenden Schicht ein Strom zugeführt wird, so dass der Ansteuerungsvorgang A1 von der Steuerschicht 151 auf die bewegliche magnetische Schicht 152 wirkt, der der umgekehrten Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 entsprechende Setzzustand aufrechterhalten bleibt, wie es in der 32C dargestellt ist.
  • Beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 150 kann, wie oben beschrieben, die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 durch Ein-/Ausschalten der Stromversorgung für die elektrisch leitende Schicht 152 der Steuerschicht 151 umgekehrt werden, um ein binäres Aufzeichnen abhängig von der Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 152 zu ermöglichen. Darüber hinaus ist es beim Informationsaufzeichnungselement 150 nicht erforderlich, der elektrisch leitenden Schicht der Steuerschicht 151 einen Strom zuzuführen, um den Rücksetzzustand oder den Setzzustand aufrechtzuerhalten. Das heißt, dass das vorliegende Informationsaufzeichnungselement 150 als nichtflüchtiger Speicher dient.
  • Die Erfinder haben tatsächlich als oben angegebenes Informationsaufzeichnungselement 150 ein Element hergestellt, das, ähnlich wie das in den 20 und 22 dargestellte magnetische Funktionselement 110 über ein Glassubstrat verfügt, auf dem eine stationäre magnetische Schicht aus einem Kobaltferrit-Dünnfilm, der in die (–x)-Richtung magnetisiert wurde, ein mehrschichtiger elektrisch leitender Film, der durch wiederholtes Aufschichten von Cr- und Fe-Ag-Filmen hergestellt wurde, eine Isolierschicht aus Aluminiumoxid und eine bewegliche magnetische Schicht aus einem Ni-Fe-Legierungsdünnfilm mit einer leichten Achse in der x-Richtung hergestellt wurden, wobei auch ein antiferromagnetischer Rh-Mn-Film vorhanden ist, der auf der beweglichen magnetischen Schicht ausgebildet ist, um einen Ansteuerungsvorgang in der (–x)-Richtung auf die bewegliche magnetische Schicht auszuüben.
  • Die Änderungen, die hinsichtlich der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht beim Ändern des Ein/Aus-Zustands der Stromversor gung zur elektrisch leitenden Schicht hervorgerufen wurden, wurden durch Messen des MOKE geprüft. Genauer gesagt, wurde ein Magnetfeld von 40 Oe in der (+x)-Richtung angelegt, wobei der elektrisch leitenden Schicht ein Strom zugeführt wurde, um die Magnetisierung der beweglichen magnetischen Schicht in die (+x)-Richtung auszurichten. Dann wurde das angelegte Magnetfeld weggenommen, während der Strom kontinuierlich der elektrisch leitenden Schicht zugeführt wurde. Es ergab sich, dass die Magnetisierung der beweglichen elektrisch leitende Schicht in der (+x)-Richtung aufrechterhalten blieb und dass beim Wegnehmen der Stromversorgung die Magnetisierung auf die (–x)-Richtung invertiert wurde.
  • So wurde herausgefunden, dass durch Ein-/Ausschalten der Stromversorgung für die elektrisch leitende Schicht die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht geändert werden konnte, um einen Vorgang eines einmaligen Schreibens zu ermöglichen. Es ist jedoch zu beachten, dass der Schaltvorgang der beweglichen magnetischen Schicht in diesem Fall nicht ein Schaltvorgang betreffend eine Änderung des Winkels zwischen der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht und der x-Richtung von ungefähr 20° auf ungefähr 85° ist, sondern dass es sich um einen Schaltvorgang zwischen der (+x)-Richtung und der (–x)-Richtung.
  • Wenn der Ein-/Aus-Zustand der Stromversorgung für die elektrisch leitende Schicht umgeschaltet wird, um für eine vorübergehende Umkehr der Magnetisierung der beweglichen magnetischen Schicht zu sorgen, wird der invertierte Zustand nach dem Wegnehmen der Stromversorgung aufrechterhalten. Das heißt, es wurde bestätigt, dass ein Element mit einer auf der beweglichen magnetischen Schicht ausgebildeten antiferromagnetischen Schicht als nichtflüchtiger Speicher wirkt.
  • 2-2-3 Informationsaufzeichnungselement vom überschreibbaren Typ
  • In den 33A bis 33D ist eine Ausführungsform eines Informationsaufzeichnungselements vom überschreibbaren Typ unter Ausnutzung der Modulation der Austauschwechselwirkung dargestellt. Ähnlich wie die 31A bis 31D oder die 32A bis 32D sind die 33A bis 33D schematische Ansichten zum Veranschaulichen des Ansteuerungsprinzips beim Informationsaufzeichnungselement, ohne dass die Leiterbahn für Eingabe- oder Ausgabeschaltung speziell dargestellt wäre.
  • Gemäß den 33A bis 33D, die ein Informationsaufzeichnungselement 160 zeigen, ist eine bewegliche magnetische Schicht 161, die uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt, zwischen eine erste Steuerschicht 162 und eine zweite Steuerschicht 163 eingebettet. Das Informationsaufzeichnungselement 160 kann einen binären Aufzeichnungsvorgang auf Grundlage der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 161 ausführen.
  • In den 33A bis 33D kennzeichnen Pfeile A1, A2 und M1 den Ansteuerungsvorgang von der Steuerschicht 161 auf die bewegliche magnetische Schicht 162, den Ansteuerungsvorgang von der zweiten Steuerschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 163 bzw. die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 161.
  • Wenn die Richtung entlang der leichten Achse der beweglichen magnetischen Schicht 161 die x-Richtung ist, sorgt die erste Steuerschicht 162, dass der Ansteuerungsvorgang A1 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 wirkt, um die Magnetisierungsrichtung M1 derselben in der (+x)-Richtung (nach rechts in der 33) auszurichten. Andererseits sorgt die zweite Steuerschicht 163 dafür, dass der Ansteuerungsvorgang A2 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 wirkt, um die Magnetisierungsrichtung M1 derselben in der (–x)-Richtung (nach links in der 33) auszurichten.
  • Wenn beim Informationsaufzeichnungselement 160 der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerschicht 162 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 unwirksam gemacht wird, wird die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 durch den Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 in der (–x)-Richtung ausgerichtet. Wenn dagegen der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 unwirksam gemacht wird, wird die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 durch den Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerschicht 162 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 in der (+x)-Richtung ausgerichtet.
  • Auch heben, wenn beim Informationsaufzeichnungselement 160 sowohl der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerschicht 162 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 als auch der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 wirksam sind, der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerschicht 162 und der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerschicht 163 einander auf, während die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 durch die uniaxiale magnetische Anisotropie der beweglichen magnetischen Schicht selbst stabilisiert ist, so dass ihr Zustand aufrechterhalten bleibt.
  • Nun wird das Ansteuerungsprinzip des Informationsaufzeichnungselements 160 detaillierter erläutert.
  • Die 33A zeigt den Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 in der (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) gehalten wird. Dabei wird kein Strom an die elektrisch leitende Schicht der ersten Steuerschicht 162 und auch keiner an die elektrisch leitende der zweiten Steuerschicht 163 geliefert. Daher wirken sowohl der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerschicht 162 als auch der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 161. Da jedoch die Richtung des Ansteuerungsvorgangs A1 von der ersten Steuerschicht 162 gegenüber der Richtung des Ansteuerungsvorgangs A2 von der zweiten Steuerschicht 163 umgekehrt ist, heben der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerschicht 162 und der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerschicht 163 einander auf. So wird die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 durch die uniaxiale magnetische Anisotropie, die der beweglichen magnetischen Schicht selbst eigen ist, stabilisiert, wodurch ihr Zustand erhalten bleibt (der Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 in der (+x)-Richtung ausgerichtet ist.
  • Die 33B zeigt den Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 von der (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) in die (–x)-Richtung (nach links in der Zeichnung) umgeschrieben ist. In diesem Fall wird ein Strom von der ersten Steuerungsschicht 162 an die bewegliche magnetische Schicht 161 geliefert, so dass der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerungsschicht 162 an die bewegliche magnetische Schicht 161 endet. Andererseits wird kein Strom an die die zweite Steuerungsschicht 163 bildende elektrisch leitende Schicht geliefert. So wirkt der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerungsschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 161.
  • Der von der zweiten Steuerungsschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 wirkende Ansteuerungsvorgang A2 ist so konzipiert, dass er eine Stärke über der Koerzitivfeldstärke der beweglichen magnetischen Schicht 161 aufweist. Wenn der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerungs schicht 163 so ausgebildet ist, dass er die Koerzitivfeldstärke der beweglichen magnetischen Schicht 161 überschreitet, wird die Magnetisierung der beweglichen magnetischen Schicht 161 von der (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) in die (–x)-Richtung (nach links in der Zeichnung) umgekehrt, wenn der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerungsschicht 162 nicht mehr wirksam ist, wie es in der 33B dargestellt ist, während die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 mit der Richtung des Ansteuerungsvorgangs A2 von der zweiten Steuerungsschicht 163 ausgerichtet wird.
  • Die 33C zeigt den Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen 161 in der (–x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) erhalten bleibt. Dabei wird kein Strom an die elektrisch leitende Schicht der ersten Steuerungsschicht 162 und auch keiner an die elektrisch leitende Schicht der zweiten Steuerungsschicht 163 geliefert. Daher wirken sowohl der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerungsschicht 162 als auch der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerungsschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 161. Da jedoch die Richtung des Ansteuerungsvorgangs A1 von der ersten Steuerungsschicht 162 gegenüber der Richtung des Ansteuerungsvorgangs A2 von der zweiten Steuerungsschicht 163 umgekehrt ist, heben der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerungsschicht 162 und der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerungsschicht 163 einander auf. So wird die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 durch die uniaxiale bewegliche Anisotropie, die der beweglichen magnetischen Schicht selbst eigen ist, stabilisiert, so dass ihr Zustand erhalten bleibt (der Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 in der (–x)-Richtung ausgerichtet ist).
  • Die 33D zeigt den Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 aus der (–x)-Richtung (nach links in der Zeichnung) in die (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) umgeschrieben ist. In diesem Fall wird ein Strom an die elektrisch leitende Schicht der zweiten Steuerungsschicht 163 geliefert, so dass der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerungsschicht 163 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 aufhört. Andererseits wird kein Strom an die die erste Steuerungsschicht 161 bildende elektrisch leitende Schicht geliefert. So wirkt der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerungsschicht 162 auf die bewegliche magnetische Schicht 161.
  • Der von der ersten Steuerungsschicht 162 auf die bewegliche magnetische Schicht 161 wirkende Ansteuerungsvorgang A1 ist so konzipiert, dass er eine Stärke über der Koerzitivfeldstärke der beweglichen magnetischen Schicht 161 aufweist. Wenn der Ansteuerungsvorgang A1 von der ersten Steuerungsschicht 162 so ausgebildet ist, dass er die Koerzitivfeldstärke der beweglichen magnetischen Schicht 161 übersteigt, wird die Magnetisierung der beweglichen magnetischen Schicht 161 von der (–x)-Richtung (nach links in der Zeichnung) auf die (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) umgekehrt, wenn der Ansteuerungsvorgang A2 von der zweiten Steuerungsschicht 163 nicht mehr wirksam ist, wie es in der 33D dargestellt ist, während die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 mit der Richtung des Ansteuerungsvorgangs A1 von der ersten Steuerungsschicht 162 ausgerichtet wird.
  • Demgemäß kann beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 160 die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 durch Ein-/Ausschalten der Stromversorgung zur elektrisch leitenden Schicht der ersten Steuerungsschicht 162 oder durch Ein-/Ausschalten der Stromversorgung zur elektrisch leitenden Schicht der zweiten Steuerungsschicht 163 invertiert werden, um so ein binäres Aufzeichnen auf Grundlage der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 161 zu ermöglichen. Darüber hinaus kann beim vorliegenden Informationsaufzeichnungselement 160 die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 wiederholt umgekehrt werden, um ein wiederholtes Umschreiben der aufgezeichneten Information zu ermöglichen. Darüber hinaus ist es beim Informationsaufzeichnungselement 160 nicht erforderlich, einen Strom an die elektrisch leitende Schicht der ersten Steuerungsschicht 162 oder die elektrisch leitende Schicht der zweiten Steuerungsschicht 163 zu liefern, um die Magnetisierungsrichtung M1 der beweglichen magnetischen Schicht 161 aufrechtzuerhalten. Das heißt, dass das vorliegende Informationsaufzeichnungselement 160 als nichtflüchtiger Speicher dient.
  • Bei den oben beschriebenen Informationsaufzeichnungselementen 140, 150, 160 werden die beweglichen magnetischen Schichten 142, 152, 162, die uniaxiale magnetische Anisotropie zeigen, dazu verwendet, ein binäres Aufzeichnen auszuführen. Jedoch können bewegliche magnetische Schichten 142, 152, 162 mit drei oder mehr Minima anisotroper Energiepunkte abhängig von der Magnetisierungsrichtung verwendet werden. Wenn bewegliche magnetische Schichten 142, 152, 162 mit drei oder mehr Minima anisotroper Energiepunkte abhängig von der Magnetisierungsrichtung verwendet werden, ist es möglich, ein drei wertiges oder höher-mehrwertiges Aufzeichnen mit einer einzelnen beweglichen magnetischen Schicht auszuführen.
  • 2-2-4 Element mit variablem Widerstand
  • Die 34 zeigt ein Beispiel eines Elements mit variablem Widerstand unter Ausnutzung der Modulation der Austauschwechselwirkung durch einen Strom.
  • Ein in der 34 dargestelltes Element 180 mit variablem Widerstand ist ähnlich wie das Element der 30 aufgebaut (das Element, das dazu ausgebildet ist, die Ergebnisses eines Schaltvorgangs der Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht als elektrisches Ausgangssignal zu erhalten). Genauer gesagt, verfügt das Element 180 mit variablem Widerstand über eine erste stationäre magnetische Schicht 161, deren Magnetisierung Ma in einer voreingestellten Richtung fixiert ist, eine elektrisch leitende Schicht 162, die auf der stationären magnetischen Schicht 181 ausgebildet ist, eine auf der elektrisch leitenden Schicht 182 ausgebildete bewegliche magnetische Schicht 183, eine auf der beweglichen magnetischen Schicht 183 ausgebildete Abstandshalterschicht 184 aus einem unmagnetischen Metall sowie eine zweite stationäre magnetische Schicht 185 aus einem magnetischen Metall, deren Magnetisierung Mb in eine voreingestellte Richtung fixiert ist.
  • Bei diesem Element 180 mit variablem Widerstand wird dafür gesorgt, dass ein Strom durch die elektrisch leitende Schicht 182 fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen der ersten stationären magnetischen Schicht 181 und der beweglichen magnetischen Schicht 183 zu variieren, um die Magnetisierungsrichtung Mc der beweglichen magnetischen Schicht 183 einzustellen. Als Material der elektrisch leitenden Schicht 182 wird vorzugsweise ein Material mit einer relativ mäßigen Änderungsrate des magnetischen Kopplungszustands zwischen der ersten stationären magnetischen Schicht 181 und der beweglichen magnetischen Schicht 183 verwendet. Unter Verwendung eines Materials mit relativ mäßiger Änderungsrate des magnetischen Kopplungszustands kann die Magnetisierungsrichtung der beweglichen magnetischen Schicht 183 durch einen Eingangsstrom für die elektrisch leitende Schicht 182 im Wesentlichen stufenfrei variiert werden.
  • Um eine relativ mäßige Änderungsrate des magnetischen Kopplungszustands abhängig von der Eingangsstromstärke zu gewährleisten, reicht es aus, wenn eine derartige elektrisch leitende Schicht 182 eine Struktur mit einem Gemisch von Bereichen ferromagnetischer Zusammensetzung und Bereichen unmagnetischer Zusammensetzung aufweist. Bei der oben beschriebenen Struktur mit einem dreidimensionalen Gemisch von Bereichen ferromagnetischer Zusammensetzung und Bereichen unmagnetischer Zusammensetzung, existiert eine große Anzahl magnetischer Kopplungspfade verschiedener Stärken, so dass durch Entfernen von Pfaden in der Reihenfolge zunehmender Stärke die magnetische Kopplung allmählich verringert werden kann. Daher kann die Magnetisierungsrichtung Mc der beweglichen magnetischen Schicht 183 durch den Eingangsstrom für die elektrisch leitende Schicht 182 im Wesentlichen stufenlos variiert werden, um für Analogbetrieb zu sorgen.
  • Auch bilden beim vorliegenden Element 180 mit variablem Widerstand die bewegliche magnetische Schicht 183, die Abstandshalterschicht 184 und die zweite stationäre magnetische Schicht 185 ein Spinventil, d.h., dass dann, wenn die Magnetisierungsrichtung Mc der beweglichen magnetischen Schicht 185 variiert wird, der elektrische Widerstand des Pfads zur beweglichen magnetischen Schicht 183, zur Abstandshalterschicht 184 und zur zweiten stationären magnetischen Schicht 185 durch den Spinventilbetrieb der Abstandshalterschicht 184 und der zweiten stationären magnetischen Schicht 185 geändert wird.
  • Das heißt, dass beim vorliegenden Element 180 mit variablem Widerstand dafür gesorgt wird, dass ein Strom durch die elektrisch leitende Schicht 182 fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen der ersten stationären magnetischen Schicht 181 und der beweglichen magnetischen Schicht 183 zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung Mc der beweglichen magnetischen Schicht 183 einzustellen. Durch Einstellen der Magnetisierungsrichtung Mc der beweglichen magnetischen Schicht 183 ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Pfads zu kontrollieren, der zur beweglichen magnetischen Schicht 183, zur Abstandshalterschicht 184 und zur zweiten stationären magnetischen Schicht 185 führt.
  • Das Element 180 mit variablem Widerstand eine Schaltungsstruktur aufweist, wie sie in der 34 dargestellt ist, und wenn das Spinventil aus der beweglichen magnetischen Schicht 183, der Abstandshalterschicht 184 und der zweiten stationären magnetischen Schicht 185 besteht, kann das Element 180 mit variablem Widerstand als Analogverstärker verwendet werden. Das heißt, dass es mit der in der 34 dargestellten Schaltungskonfiguration möglich ist, für einen Verstärkungsvorgang zu sorgen, bei dem die Impedanz einer Schaltung für einen großen Strom auf der Ausgangsseite durch ein Eingangssignal eines kleinen Stroms zur elektrisch leitenden Schicht 182 variiert wird.
  • Durch Variieren des magnetischen Kopplungszustands zwischen den magnetischen Schichten zum Kontrollieren der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten, wie vorstehend detailliert erläutert, ist es möglich, das Problem des Entstehens eines Übersprechens einhergehend mit einer verkleinerten Designregel oder verringerter Koerzitivfeldstärke beim Kontrollieren der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten zu umgehen. Durch das magnetische Funktionselement, das magnetische Aufzeichnungselement und das Element mit variablem Widerstand gemäß der Erfindung ist es, unter Ausnutzung des Magnetisierungs-Einstellverfahrens, möglich, das Problem des Erzeugens von Übersprechen oder einer verringerten Koerzitivfeldstärke trotz eines Fortschreitens beim Verkleinern der Designregel zu umgehen.
  • 3. Dritte Ausführungsform
  • Gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung wird die sich durch die feste Phase ausbreitende Austauschwechselwirkung als Maßnahme zum Erzielen eines Zielvorgangs durch Konzipieren eines zum Schreiben und Auslesen ausgewählten optionalen Speichermediums genutzt. Nachfolgend wird eine vorliegende Ausführungsform einer magnetischen Speichervorrichtung und eines Adressierverfahrens, die auf diese Weise ausgebildet sind, erläutert.
  • 3-1 Magnetischer Festkörperspeicher
  • Die erfindungsgemäße magnetische Speichervorrichtung ist eine solche mit einem Array einer Vielzahl aufgeteilter magnetischer Elemente, oder ein sogenannter magnetischer Festkörperspeicher. Die Magnetisierungsrichtung des Speichermediums, als Speicherelement, wird kontrolliert, ohne dass man sich auf das Anlegen eines Magnetfelds von außen stützen würde. Genauer gesagt, werden die Magnetisierungsrichtung gemäß der ersten Erscheinungsform der Erfindung oder das Magnetisierungs-Einstellverfahren gemäß der zweiten Erscheinungsform der Erfindung dazu verwendet, die Magnetisierungsrichtung eines Speicherträgers als Element, da eine Speicherladung aufnimmt, zu kontrollieren.
  • Bei der folgenden Erläuterung wird ein Beispiel eines magnetischen Festkörperspeichers unter Steuerung der Magnetisierungsrichtung des Speicherträ gers als Element, das eine Speicherladung aufnimmt, durch magnetische Wechselwirkung in der festen Phase (Austauschwechselwirkung) als Ansteuerungskraft als Beispiel verwendet. Indessen wird in der folgenden Erläuterung dieser magnetische Festkörperspeicher als magnetischer Festkörperspeicher mit Austauschkopplung bezeichnet.
  • Das einem herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher innewohnende Problem besteht darin, dass eine Erzeugung von Übersprechen durch eine verkleinerte Designregel oder durch eine verringerte Koerzitivfeldstärke dem Anlegen eines Magnetfelds an das Speichermedium für einen Schreibvorgang zuzuschreiben ist. Bei einem magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung ist es unter Ausnutzung der Austauschwechselwirkung zum Einstellen der Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers möglich, das Problem beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher zu überwinden.
  • Indessen bildet die Austauschwechselwirkung die Quelle der Ausrichtung des magnetischen Moments der Atome in einer einzelnen Richtung im Inneren eines ferromagnetischen Materials. Wenn ein Paar magnetischer Elemente 190, 191 miteinander verbunden sind, wie es in der 35 dargestellt ist, wirkt die Austauschwechselwirkung über die Kontaktgrenzfläche 192. Wenn das magnetische Element 190 nicht direkt mit dem magnetischen Element 191 in Kontakt steht, wie es in der 36 dargestellt ist, und wenn eine Zwischenschicht 193 zwischen den magnetischen Elementen 190, 191 vorhanden ist, breitet sich die Austauschwechselwirkung zwischen diesen fallabhängig durch die Zwischenschicht 193 aus. Wenn die Zwischenschicht 193 ein magnetisches Element bildet, überträgt sie selbstverständlich eine Austauschwechselwirkung. Wenn jedoch die Zwischenschicht 193 selbst aus einem unmagneitschen Metall, wie Gold, oder einem Halbleiter, wie Si oder Ge, besteht, muss geklärt werden, dass die Austauschwechselwirkung über sie übertragen wird. Es wurde auch eine Theorie vorgeschlagen, die die Quelle der Übertragung einer Austauschwechselwirkung berücksichtigt, wie ein RKKY-Modell.
  • 3-2 Beispiel eines magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung
  • Die 37 zeigt ein Beispiel eines magnetischen Festkörperspeichers 201 vom Typ mit Austauschkopplung. Der in der 37 dargestellte magnetische Festkörperspeicher 201 vom Typ mit Austauschkopplung ist ein einmal beschreibbarer Speicher, bei dem ein einmaliger Schreibvorgang dadurch möglich ist, dass die Magnetisierungsrichtung eines aus einem magnetischen Material hergestellten Speicherträgers 202 eingestellt wird.
  • Bei diesem magnetischen Festkörperspeicher 201 vom Typ mit Austauschkopplung ist der Speicherträger 202 zwischen zwei stationären magnetischen Schichten 203, 204 eingebettet, die zueinander entgegengesetzte Vormagnetisierungen liefern. Der von einer Eingangsschaltung 205 an eine Kopplungskontrollschicht 206 gelieferte Strom wirkt zum Unterbrechen der Vormagnetisierung, wie sie durch die stationäre magnetische Schicht 203 auf den Speicherträger 202 wirkt.
  • Das heißt, dass dann, wenn das Eingangssignal zur Kopplungskontrollschicht 206 ausgeschaltet ist, so dass in dieser kein Strom fließt, zwischen der stationären magnetischen Schicht 203 und dem Speicherträger 202 eine Austauschwechselwirkung erzeugt wird, so dass die Vormagnetisierung von der stationären magnetischen Schicht 203 auf den Speicherträger 202 wirkt. Wenn die Vormagnetisierung von der stationären magnetischen Schicht 203 existiert, heben die Vormagnetisierung von ihr und diejenige von der stationären magnetischen Schicht 204 einander auf, so dass keine Netto-Ansteuerkraft auf die Magnetisierung des Speicherträgers 202 wirkt.
  • Wenn andererseits das Eingangssignal an die Kopplungskontrollschicht 206 eingeschaltet ist, so dass ein Strom in dieser fließt, hört die Austauschwechselwirkung zwischen der stationären magnetischen Schicht 203 und dem Speicherträger 202 auf, so dass die von der stationären magnetischen Schicht 203 auf den Speicherträger 202 wirkende Vormagnetisierung zu wirken aufhört. Wenn die Wirkung der Vormagnetisierung von der stationären magnetischen Schicht 203 aufhört, wird unter der Vormagnetisierung durch die stationäre magnetische Schicht 204 im Speicherträger 202 eine Magnetisierungsumkehr hervorgerufen.
  • Bei der Ausführungsform der 37 erfolgt das Auslesen der Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 202 gemäß dem Spinventilprinzip. Die stationäre magnetische Schicht 202 ist durch eine unmagnetische Zwischenschicht 208 unterteilt, um die Magnetisierung des Speicherträgers 202 nicht zu beeinflussen. Der von der Ausgangsschaltung 209 zugeführte Strom für den Fluss von der stationären magnetischen Schicht 207 durch die unmagnetische Zwischenschicht 208 ist größer oder kleiner, wenn die Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 202 und die Magnetisierungsrichtung der stationären magnetischen Schicht 207 parallel bzw. antiparallel laufen, um so die Erfassung der Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 202 zu ermögli chen.
  • Da der magnetische Festkörperspeicher 201 vom Typ mit Austauschkopplung die Austauschwechselwirkung ausnutzt, um die Magnetisierung des Speicherträgers 202 zu kontrollieren, ist es möglich, das Problem zu überwinden, das mit einem Schreibvorgang unter Verwendung eines Magnetfelds einhergeht, wie die Erzeugung von Übersprechen einhergehend mit einer Verkleinerung der Designregel oder verringerter Koerzitivfeldstärke.
  • Die 38 zeigt zum Vergleich die Beziehung zwischen der Größe L eines Speichereinheitsabschnitts eines magnetischen Festkörperspeichers, der hier als Speicherzelle bezeichnet wird, und dem ansteuernden Magnetfeld H, das zum Ansteuern des Speicherträgers verwendet werden kann, für den Fall eines aktuellen Magnetfeldsystems unter Ausnutzung eines beim Hindurchschicken eines Stroms durch einen Leiter induzierten Magnetfeld, d.h. bei einem herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher, wie er in der 2 dargestellt ist, und für den Fall des Austauschkopplungssystems unter Ausnutzung der Austauschwechselwirkung in einer festen Phase, d.h. des in der 37 dargestellten magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung. In der 38 kennzeichnet eine durchgezogene Linie A das aktuelle Magnetfeldsystem, und eine gestrichelte Linie B kennzeichnet den Fall des Austauschkopplungssystems. Indessen wird beim aktuellen Magnetfeldsystem der Durchmesser des Leiters zum 0,8-fachen der Speicherzellengröße L angenommen.
  • Beim in der 38 dargestellten aktuellen Magnetfeldsystem wird das vom Leiter anlegbare Magnetfeld kleiner, wenn die Speicherzellengröße verkleinert wird. Andererseits ist, da die Austauschwechselwirkung nicht von der Speicherzellengröße L abhängt, das Austauschkopplungssystem von Vorteil, wenn die Designregel verkleinert wird.
  • Die als Magnetfeld berechnete Austauschwechselwirkung hängt nicht von der Speicherzellengröße L ab. Demgemäß ist es, wenn die Austauschwechselwirkung dazu genutzt wird, die Magnetisierung des Speicherträgers zu kontrollieren, möglich, ein magnetisches Material höherer Koerzitivfeldstärke selbst dann zu verwenden, wenn die Designregel fortschreitende verkleinert wird. Genauer gesagt, ist es, wie es aus der 38 erkennbar ist, wenn die Speicherzellengröße L extrem klein ist, möglich, ein magnetisches Element mit einer Koerzitivfeldstärke über einigen 10 Oe als Speicherträger zu verwenden. Unter Ausnutzung eines Speicherträgers mit größerer Koerzitivfeldstärke kann dieser mit hoher Betriebszuverlässigkeit für eine tragbare elektronische Einrichtung verwendet werden, die in einer Umgebung eingesetzt wird, die einem störenden Magnetfeld von außen ausgesetzt ist.
  • 3-3 Adressierung eines magnetischen Festkörperspeichers
  • Die Adressierfunktion, die für ein integriertes Schaltungselement unabdingbar ist, ist zum oben beschriebenen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung hinzugefügt.
  • Im Allgemeinen besteht ein Schreibprozess für einen magnetischen Festkörperspeicher mit mehreren Speicherzellen aus der folgenden Reihe von Operationen. Es wird nämlich eine Speicherzelle, in die zu schreiben ist, durch eine Vorrichtung für arithmetische Verarbeitung unter Ausnutzung des magnetischen Festkörperspeichers ausgewählt. Die folgende Information: "die Magnetisierung des Speicherträgers in einer Zielspeicherzelle ist zu invertieren" wird von der Arithmetikverarbeitungsvorrichtung an den magnetischen Festkörperspeicher geliefert. Der Zielspeicher befindet sich unter einer Anzahl von Speicherzellen im magnetischen Festkörperspeicher. Dann wird, auf Grundlage der obigen Information, die Ansteuerungskraft für die Magnetisierungsumkehr auf den Aufzeichnungsträger der fraglichen Speicherzelle ausgeübt, um für eine Magnetisierungsumkehr des fraglichen Speicherträgers zu sorgen. Dieser Vorgang des Auswählens der spezifizierten Speicherzelle, um dafür zu sorgen, dass die spezifizierte Operation an der ausgewählten Speicherzelle ausgeführt wird, wird allgemein als Adressieren bezeichnet.
  • Wenn bei einem magnetischen Festkörperspeicher, bei dem die Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers durch ein elektrisches Eingangssignal eingestellt wird, die Adressierfunktion zu erzielen ist, reicht es aus, eine Leiterbahn zum Transportieren der elektrischen Signale von der Arithmetikverarbeitungsvprrichtung an die fragliche Speicherzelle (sogenannte Adressierleitung) anzubringen. Das heißt, dass dann, wenn für jede Speicherzelle eine Adressierleitung angebracht wird und elektrische Signale an die der fraglichen Speicherzelle zugeordneten Adressierleitung geliefert werden, es möglich ist, die spezifizierte Speicherzelle auszuwählen und zu aktivieren.
  • Wenn jedoch Adressleitungen für die jeweiligen Speicherzellen vorhanden sind, besteht das Ergebnis in einer komplizierten Struktur. Wenn bei m vertikalen Speicherzellen auf n horizontale Speicherzellen z. B. Adressierlei tungen für die einzelnen Speicherzellen vorhanden sind, sind m × n Adressierleitungen selbst dann erforderlich, wenn für eine einzelne Speicherzelle nur eine Adressierleitung vorhanden ist. Dies verkompliziert die Struktur, was es schwierig macht, ein integriertes Schaltungselement aufzubauen.
  • Andererseits ist beim herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher, wie er in der 2 dargestellt ist, die Adressierfunktion durch einen einfachen Mechanismus aus sich schneidenden Leitungen realisiert. Das heißt, dass es beim in der 2 dargestellten herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher möglich ist, eine spezifizierte Speicherzelle einfach dadurch auszuwählen und zu aktivieren, dass m vertikale Leiter und n horizontale Leiter für ein Array von m vertikalen Speicherzellen und n horizontalen Speicherzellen angebracht werden, d.h. insgesamt n + m Leiter.
  • In der folgenden Erläuterung wird die Adressierung unter Ausnutzung diese sich schneidenden Leiter als Adressierung vom Matrixtyp bezeichnet. Diese Adressierung vom Matrixtyp ist dann von besonderem Vorteil, wenn ein integriertes Schaltungselement aufgebaut wird, da eine extrem kleine Anzahl von Leitern ausreicht, wenn die Anzahl der Speicherzellen erhöht wird, so dass die Struktur vereinfacht ist.
  • Beim in der 2 dargestellten herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher erfolgt die Magnetisierungsumkehrung eines Speicherträgers durch Ausnutzung einer Magnetfeldüberlagerung. Daher kann eine Adressierung vom Matrixtyp leicht realisiert werden. Jedoch ist bei einem magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschwechselwirkung eine Adressierung vom Matrixtyp schwierig zu realisieren, da keine Magnetfeldüberlagerung verwendet wird.
  • Das heißt, dass dann, wenn beim früher vorgeschlagenen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschwechselwirkung eine spezifizierte Speicherzelle auszuwählen und zu aktivieren ist, ein Mechanismus erforderlich ist, gemäß dem die spezifizierte Speicherzelle ausgewählt wird und ein Strom oder eine Spannung an die ausgewählte Zelle geliefert wird. Aus diesem Grund kann beim früher vorgeschlagenen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschwechselwirkung keine Adressierung vom Matrixtyp auf einfache Weise angewandt werden. Anders gesagt, ist, wenn beim früher vorgeschlagenen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschwechselwirkung auf jeden Fall eine Adressierung vom Matrixtyp angewandt werden soll, eine andere Technik als eine einfache Verbindung einer Adressierlei tung und einer Speicherzelle erforderlich. Zum Beispiel ist es erforderlich, ein nichtlineares Element, wie eine Diode, zwischen die Adressierleitung und die Speicherzelle zu schalten oder Auswähltransistoren, wie solche, wie sie bei einem Halbleiterspeicher verwendet werden, zur Speicherzelle hinzuzufügen. Dies führt jedoch zu einer komplizierten Struktur und ist demgemäß nicht wünschenswert.
  • 3-4 Magnetischer Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung und Adressierfunktion
  • Wenn bei der Realisierung einer Adressierung vom Matrixtyp bei einem magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung nichtlineare Bauteile oder Auswähltransistoren verwendet werden, ist die Struktur unerwünscht kompliziert. Demgemäß wird, gemäß der Erfindung, eine Adressierung vom Matrixtyp bei einem magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung ohne Verwendung nichtlinearer Bauteile oder Auswähltransistoren realisiert. Nachfolgend wird die Grundstruktur eines Beispiels eines magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung erläutert.
  • 3-4-1 Gesamtstruktur
  • Zunächst ist der magnetische Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung mit mehreren linearen Elementen versehen, die langgestreckte oder streifenförmige Elemente sind. Diese linearen Elemente sind mit der Funktion von Signalübertragungsleitungen zum Spezifizieren spezieller Speicherzellen sowie der Funktion zum Steuern der Magnetisierungsrichtung der Speicherträger in den Speicherzellen ausgerüstet. In der folgenden Erläuterung werden diese linearen Elemente als Ansteuerleitungen bezeichnet.
  • Genauer gesagt, sind, wenn z. B. zwei zueinander orthogonale Richtungen als x- und als y-Richtung bezeichnet werden, mehrere Ansteuerleitungen, die aufeinanderfolgend parallel zur x-Richtung angeordnet sind, als Ansteuerleitungen (nachfolgend als Ansteuerleitungen in der x-Richtung bezeichnet) vorhanden, während mehrere Ansteuerleitungen, die aufeinanderfolgend parallel zur y-Richtung angeordnet sind, als Ansteuerleitungen vorhanden sind (nachfolgend als Ansteuerleitungen in der y-Richtung bezeichnet), wobei Speicherträger an Gitterpunkten angeordnet sind, die den Schnittpunkten der Ansteuerleitungen in der x-Richtung und der Ansteuerleitungen in der y-Richtung entsprechen.
  • Ähnlich wie die Wort- und die Bitleitungen beim in der 2 dargestellten herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher führen diese Ansteuerleitungen die Operation des Variierens der Magnetisierungsrichtung aller entlang der Ansteuerleitungen angeordneten Speicherträger aus. Da die vorliegende Ausführungsform auf einen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung gerichtet ist, wird die Austauschwechselwirkung als Vorgang zum Variieren der Magnetisierungsrichtung der Speicherträger genutzt. In der folgenden Erläuterung wird der Vorgang des Ausrichtens der Magnetisierungsrichtung eines Speicherträgers in eine vorgegebene Ausrichtung als Ansteueroperation bezeichnet.
  • 3-4-2 Prinzip einer Adressierung vom Matrixtyp
  • Nachfolgend wird eine Adressierung vom Matrixtyp beim magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung, die durch Kombinieren der Ansteuerleitungen, wie oben beschrieben, bewerkstelligt wird, erläutert.
  • 3-4-2-1 Struktur einer Speicherzelle
  • Nun werden Speicherzellen des magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung für Adressierung vom Matrixtyp unter Bezugnahme auf die 39 sowie 40A bis 40E erläutert. Die 39 zeigt nur eine einzelne Speicherzelle, während die 40A bis 40E das Ansteuerprinzip veranschaulichen.
  • Gemäß der 39 besteht eine Speicherzelle 210 aus ersten Ansteuerleitungen 211 in der y-Richtung und zweiten Ansteuerleitungen 212 in der y-Richtung, einer Ansteuerleitung 214 in der x-Richtung, die rechtwinklig zu den ersten und den zweiten Ansteuerleitungen 211, 212 in der y-Richtung angeordnet ist, und einem Speicherträger 213, der zwischen den ersten und zweiten Ansteuerleitungen 211, 212 in der y-Richtung und der Ansteuerleitung 214 in der x-Richtung angeordnet ist. Der Speicherträger 213 ist so ausgebildet, dass er durch die ersten und die zweiten Ansteuerleitungen 211, 212 in der y-Richtung und die Ansteuerleitung 214 in der x-Richtung beeinflusst wird. Das heißt, dass der Speicherträger 213 so ausgebildet ist, dass er durch drei Wege von Ansteuerquellen beeinflusst wird.
  • Bei dieser Speicherzelle 210 ist die erste Ansteuerleitung 211 in der y-Richtung eine Schichtanordnung aus einer ersten stationären magnetischen Schicht 211a, die auf eine voreingestellte Ausrichtung magnetisiert ist, und einer ersten Leiterschicht 211b, die jeweils von langer Streifenform sind. Die zweite Ansteuerleitung 212 in der y-Richtung ist eine Schichtanordnung aus einer zweiten stationären magnetischen Schicht 212a, die mit einer Ausrichtung entgegengesetzt zu der der ersten stationären magnetischen Schicht 211a magnetisiert ist, und einer zweiten Leiterschicht 212b, die jeweils von langer Streifenform sind. Dieser Speicherträger 213 ist so ausgebildet, dass er über einen Teil der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung und einem Teil der zweiten Speicherträger 212 für die y-Richtung liegt, um den stationären magnetischen Schichten 211a, 212a über die Leiterschichten 211b, 212b zugewandt zu sein.
  • Obwohl es in der 39 nicht dargestellt ist, ist zwischen der ersten elektrisch leitenden Schicht 211b und dem Speicherträger 213, zwischen der zweiten elektrisch leitenden Schicht 212b und dem Speicherträger 213 zwischen diesem und der Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung eine Isolierschicht ausgebildet, insbesondere dann, wenn der Speicherträger 213 einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist.
  • Bei dieser Speicherzelle 210 arbeitet die erste Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung als Ansteuerquelle zum Ausüben der Ansteueroperation A1 auf den Speicherträger 213 zum Einstellen der Magnetisierungsrichtung desselben auf eine voreingestellte Ausrichtung. In ähnliche Weise wirkt die zweite Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung als Ansteuerquelle zum Ausüben der Ansteueroperation A2 auf den Speicherträger 213 zum Einstellen der Magnetisierungsrichtung desselben auf eine voreingestellte Ausrichtung. Indessen kennzeichnet in den 39 sowie 40A bis 40E die Richtung des Pfeils A1 die Richtung der Ansteueroperation von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213, während die Richtung des Pfeils A2 die Richtung der Ansteueroperation von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 kennzeichnet.
  • Das heißt, dass die erste stationäre magnetische Schicht 211a, die die erste Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung bildet, in der (-x)-Richtung magnetisiert wird, während die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 so wirkt, dass sie die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 in der (-x)-Richtung ausrichtet. Andererseits wird die zweite stationäre magnetische Schicht 212a, die die zweite Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung bildet, in der (+x)-Richtung magnetisiert, während die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 so wirkt, dass sie die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 in der (+x)-Richtung ausrichtet.
  • Der Speicherträger 213, der so angeordnet ist, dass er über einem Teil der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung und einem Teil der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung liegt, besteht aus einem magnetischen Material, das uniaxiale magnetische Anisotropie zeigt, wobei die x-Richtung die leichte Achse ist. Bei der vorliegenden Speicherzelle 210 kann ein binäres Aufzeichnen abhängig von der Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 213 erfolgen.
  • Andererseits besteht die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung aus einem elektrisch leitenden Material, und sie ist in Form eines langen Streifens, mit der Längsrichtung als x-Richtung, so ausgebildet, dass sie über dem Speicherträger 213 liegt. Bei der vorliegenden Speicherzelle 210 wird das Magnetfeld dadurch erzeugt, dass ein Strom durch die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung geschickt wird und auf den Speicherträger 213 ausgeübt wird. Indessen kennzeichnet in den 39, 40C und 40E A3 das Magnetfeld, wie es erzeugt wird, wenn dafür gesorgt wird, dass ein Strom in der Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung fließt.
  • Indessen hängt die Stärke des Magnetfelds, das dazu erforderlich ist, eine Magnetisierungsumkehrung in einem magnetischen Material zu induzieren, von der Anlegerichtung des Magnetfelds ab, wie es in Zusammenhang mit dem in der 2 dargestellten herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher erörtert wurde. Im Allgemeinen kann eine Magnetisierungumkehrung bei kleinerer Magnetfeldstärke induziert werden, wenn das Magnetfeld in einer Richtung angelegt wird, die um ungefähr 45° gegen die leichte Achse geneigt ist, als dann, wenn das Magnetfeld parallel zur leichten Achse angelegt wird.
  • Demgemäß ist bei der vorliegenden Speicherzelle 210 die Magnetisierungsumkehrung so beschaffen, dass sie im Speicherträger 213 nicht induziert wird, wenn nur die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung oder nur die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung vorliegt. Andererseits ist die Magnetisierungsumkehr so beschaffen, dass sie im Speicherträger 213 induziert wird, wenn sowohl die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung als auch die Operation A3 durch das Magnetfeld, das durch das Fließen des Stroms in der Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung er zeugt wird, vorliegen, oder wenn sowohl die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung als auch die Operation A3 durch das Magnetfeld, wie es durch das Fließen des Stroms in der Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung erzeugt wird, vorliegen. Das heißt, dass bei der vorliegenden Speicherzelle die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 dadurch eingestellt wird, dass der in der zweiten elektrisch leitenden Schicht 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung fließende Strom, der durch die zweite elektrisch leitende Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung und der in der Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung fließende Strom kontrolliert werden, so dass ein binäres Aufzeichnen auf Grundlage der Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 213 erfolgen kann.
  • 3-4-2-2 Ansteuerprinzip einer Speicherzelle
  • Unter Bezugnahme auf die 40A bis 40E wird nun das Ansteuerprinzip der Speicherzelle 210 detailliert erläutert.
  • Die 40A zeigt den Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 213 in der (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) erhalten bleibt, ohne dass ein Strom an die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung, die zweite elektrisch leitende Schicht 211b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung noch an die zweite elektrisch leitende Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung geliefert wird. Da zu diesem Zeitpunkt kein Strom an die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung, die zweite elektrisch leitende Schicht 211b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung noch die zweite elektrisch leitende Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung geliefert wird, wirken sowohl die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung als auch die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213. Da jedoch die Richtung der Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung entgegengesetzt zu der der Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung ist, heben sich die Ansteueroperationen A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung und die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung einander auf, so dass die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträger 213 durch die uniaxiale magnetische Anisotropie des Speicherträgers selbst stabilisiert wird, so dass er seinen aktuellen Zustand beibehält, d.h. den Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 213 in der (+x)-Richtung ausgerichtet ist.
  • Die 40B zeigt den Zustand, in dem ein Strom nur an die zweite elektrisch leitende Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung geliefert wird, wenn die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 die (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) geliefert wird und ein Strom nur an die zweite elektrisch leitende Schicht 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung geliefert wird, ohne dass ein Strom an die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung noch die erste elektrisch leitende Schicht 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung geliefert wird. Dabei ist die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 nicht wirksam. Andererseits ist die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung wirksam, da kein Strom an die elektrisch leitende Schicht 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung geliefert wird. Die von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 wirkende Ansteueroperation A1 ist so beschaffen, dass sie die Koerzitivfeldstärke des Speicherträgers 213 nicht übersteigt. Wenn die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung so ausgebildet ist, dass sie die Koerzitivfeldstärke des Speicherträger 213 nicht übersteigt, wird die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 in der (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) aufrechterhalten, wenn die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung nicht mehr wirksam ist, wie es in der 40B dargestellt ist.
  • Die 40C zeigt den Zustand, in dem, während die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 die (+x)-Richtung ist, d.h. nach rechts in der Zeichnung zeigt, ein Strom an die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung und die zweite elektrisch leitende Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung geliefert wird, während kein Strom an die erste elektrisch leitende Schicht 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung geliefert wird. Dabei hört die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung zum Speicherträger 213 auf, wirksam zu sein. Andererseits wirkt, da kein Strom an die elektrisch leitende Schicht 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung geliefert wird, die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213. Da ein Strom an die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung geliefert wird, wirkt das Magnetfeld A3 in der y-Richtung, das durch den Stromfluss in der Ansteuerleitung 214 für die x- Richtung induziert wird, auf den Speicherträger 213.
  • Der Vektor der kombinierten Operation aus der Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung und der Operation durch das Magnetfeld A3, das beim Stromfluss durch die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung induziert wird, ist in einer Richtung ausgerichtet, die gegen die leichte Achse des Speicherträgers 213 versetzt ist, so dass in diesem mit einer Magnetfeldstärke, die kleiner als die parallel zur leichten Achse wirkende Operation ist, eine Magnetisierungsumkehr im Speicherträger 213 induziert werden kann. Der Speicherträger 213 ist so ausgebildet, dass er eine Magnetisierungsumkehr erfährt, wenn sowohl die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung als auch die Operation durch das Magnetfeld A3 vorliegen, das induziert wird, wenn ein Strom durch die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung fließt. Das Ergebnis besteht darin, dass, wie es in der 40C dargestellt ist, die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 von der (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) in die (-x)-Richtung (nach links in der Zeichnung) umgekehrt wird, wie es in der 40C dargestellt ist, wobei die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 mit der Richtung der Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung ausgerichtet wird.
  • Wenn die Stromzufuhr zur Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung und zur zweiten elektrisch leitenden Schicht 212b gestoppt wird, bleibt die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213, die auf die (-x)-Richtung umgekehrt ist, erhalten. Wenn die Stromzufuhr zur Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung und zur zweiten elektrisch leitenden Schicht 212b beendet wird, sind sowohl die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung als auch die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung wirksam. Da jedoch die Richtung der Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung entgegengesetzt zu der der Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung ist, heben diese Ansteuerwirkungen A1 und A2 einander auf. Daher wird die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 durch die ihm eigene uniaxiale magnetische Anisotropie stabilisiert, so dass der aktuelle Zustand (der Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 213 die (-x)-Richtung ist) aufrechterhalten bleibt.
  • Die 40D zeigt den Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 die (-x)-Richtung ist, d.h. nach links in der Zeichnung zeigt, wobei ein Strom nur an die erste elektrisch leitende Schicht 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung geliefert wird, ohne dass ein Strom an die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung noch die zweite elektrisch leitende Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung geliefert wird. Dabei hört die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 auf, wirksam zu sein. Andererseits wirkt, da kein Strom an die elektrisch leitende Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung geliefert wird, die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213. Die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 ist so ausgebildet, dass sie die Koerzitivfeldstärke des Speicherträgers 213 nicht überschreitet. Wenn ie Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 so ausgebildet ist, dass sie die Koerzitivfeldstärke des Speicherträgers 213 nicht überschreitet, wird die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 selbst dann in der (-x)-Richtung (nach links in der Zeichnung) aufrechterhalten, wenn die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung aufhört, wirksam zu sein, wie es in der 40D dargestellt ist.
  • Die 40E zeigt den Zustand, in dem, während die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 die (-x)-Richtung ist, d.h. nach links in der Zeichnung zeigt, ein Strom an die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung und die erste elektrisch leitende 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung geliefert wird, während kein Strom an die zweite elektrisch leitende Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung geliefert wird. Dabei hört die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213 auf, wirksam zu sein. Andererseits wirkt, da kein Strom an die zweite elektrisch leitende 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung geliefert wird, die Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung auf den Speicherträger 213. Da ein Strom an die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung geliefert wird, wirkt das Magnetfeld A3 in der y-Richtung, das durch den Stromfluss in der Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung induziert wird, auf den Speicherträger 213.
  • Der Vektor der kombinierten Operation aus der Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung und der Operation durch das Magnetfeld A3, das beim Fließen des Stroms durch die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung induziert wird, ist in einer Richtung ausgerichtet, die gegenüber der leichten Achse des Speicherträgers 213 versetzt ist, so dass im Speicherträger 213 eine Magnetisierungsumkehr mit einer Magnetfeldstärke induziert werden kann, die kleiner als die parallel zur leichten Achse arbeitende Wirkung ist. Der Speicherträger 213 ist so ausgebildet, dass er beim Vorliegen sowohl der Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung als auch der Operation durch das Magnetfeld A3, das beim Stromfluss durch die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung induziert wird, eine Magnetisierungsumkehr erfährt. Das Ergebnis besteht darin, dass, wie es in der 40E dargestellt ist, die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 von der (-x)-Richtung (nach links in der Zeichnung) in die (+x)-Richtung (nach rechts in der Zeichnung) umgekehrt wird, wie es in der 40E dargestellt ist, wobei die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 mit der Richtung der Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung ausgerichtet ist.
  • Selbst wenn die Stromzufuhr zur Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung und zur ersten elektrisch leitenden Schicht 211b gestoppt wird, bleibt die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213, die auf die (+x)-Richtung umgekehrt ist, erhalten. Wenn die Stromzufuhr zur Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung und zur ersten elektrisch leitenden Schicht 211b gestoppt wird, sind sowohl die Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung als auch die Ansteueroperation A2 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung wirksam. Jedoch ist die Richtung der Ansteueroperation A1 von der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung entgegengesetzt zu der der Ansteueroperation A2 von der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung, so dass diese Ansteueroperationen A1 und A2 einander aufheben. Daher wird die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 durch die ihm eigene uniaxiale magnetische Anisotropie stabilisiert, so dass der aktuelle Zustand (der Zustand, in dem die Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers 213 die (+x)-Richtung ist) erhalten bleibt.
  • Bei der vorliegenden Speicherzelle 210 kann, wie oben beschrieben, die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 231 durch Schalten der Ein/Aus-Zustände der Stromversorgung zur ersten elektrisch leitenden Schicht 211b der ersten Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung, zur zweiten elektrisch leitenden Schicht 212b der zweiten Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung oder zur Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung invertiert werden, um ein binäres Aufzeichnen auf Grundlage der Magnetisierungsrichtung des Speicher trägers 213 zu ermöglichen.
  • Darüber hinaus kann bei der vorliegenden Speicherzelle 210 die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 wiederholt umgekehrt werden, um ein wiederholtes Umschreiben der aufgezeichneten Information zu ermöglichen. Außerdem ist es bei der vorliegenden Speicherzelle 210 nicht erforderlich, der ersten elektrisch leitenden Schicht 211b, der zweiten elektrisch leitenden Schicht 212b oder der Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung einen Strom zuzuführen, um die Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213 aufrechtzuerhalten. Das heißt, dass die vorliegende Speicherzelle als nichtflüchtiger Speicher dient.
  • 3-4-2-3 Adressierung vom Matrixtyp
  • Bei der oben beschriebenen Speicherzelle 210 dienen die erste Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung, die zweite Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung und die Ansteuerleitung 214 für die x-Richtung als Ansteuerquelle zum Invertieren der Magnetisierungsrichtung M1 des Speicherträgers 213. Es ist zu beachten, dass eine einzige Ansteuerquelle nicht ausreicht, um eine Magnetisierungsumkehr zu induzieren, sondern eine Magnetisierungsumkehr wird im Speicherträger 213 induziert, wenn beide Ansteuerquellen eingeschaltet sind. Daher ist, wenn mehrere langgestreckte Ansteuerleitungen 211, 212 für die y-Richtung und mehrere langgestreckte Ansteuerleitungen 214 für die x-Richtung mit einer Matrixkonfiguration auf einem Substrat angeordnet sind und Speicherzellen 210, wie in der 39 dargestellt, an den Schnittpunkten dieser Ansteuerleitungen angeordnet sind, eine magnetische Speichervorrichtung aus einer großen Anzahl von Speicherzellen 210 mit Matrixkonfiguration gebildet.
  • Das heißt, dass durch Anordnen der ersten Ansteuerleitungen 211 für die y-Richtung und der zweiten Ansteuerleitungen 212 für die y-Richtung in zueinander paralleler Weise, durch Anordnen mehrerer Ansteuerleitungen 214 für die x-Richtung rechtwinklig zu den ersten und zweiten Ansteuerleitungen 211, 212 für die y-Richtung sowie durch Anordnen mehrerer Speicherträger 213 an den Schnittpunkten der ersten und der zweiten Ansteuerleitungen 211, 212 für die y-Richtung und der Ansteuerleitungen 214 für die x-Richtung ein magnetischer Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung mit Adressierfunktion geschaffen werden kann, der wahlfrei Speicherzellen auswählen und beschreiben kann, d.h. ein magnetischer Festkörperspeicher vom Typ mit i Austauschkopplung mit einer Adressierfunktion vom Matrixtyp, auf Grund ei nes einfachen Matrixarrays, das dem beim in der 2 hergestellten herkömmlichen magnetischen Festkörperspeicher ähnlich ist.
  • Genauer gesagt, sind eine Anzahl erster Ansteuerleitungen 211A, 211B, ... für die y-Richtung und eine Anzahl zweiter Ansteuerleitungen 212A, 212B für die y-Richtung parallel zur y-Richtung angeordnet, wobei die ersten Ansteuerleitungen für die y-Richtung und die zweiten Ansteuerleitungen für die y-Richtung sich parallel zueinander erstrecken. Das heißt, dass eine Kombination 221 aus der ersten Ansteuerleitung 211A für die y-Richtung und der zweiten Ansteuerleitung 212A für die y-Richtung, eine Kombination 221B aus der ersten Ansteuerleitung 211B für die y-Richtung und der zweiten Ansteuerleitung 212B in der y-Richtung parallel zueinander angeordnet sind. Auch ist eine Anzahl von Ansteuerleitungen 214A, 214B, 214C, ... für die x-Richtung parallel zur x-Richtung angeordnet, und an den Schnittpunkten ist eine Anzahl von Speicherträgern 213A-1, 213A-2, ..., 213B-1, 213B-2, ..., 213C-1, 213C-2, ... angeordnet.
  • Wenn die einzelne Ansteuerleitung 211A für die y-Richtung und die einzelne Ansteuerleitung 214B für die x-Richtung ausgewählt werden und gleichzeitig mit geeigneten Strömen I1 bzw. I2 versorgt werden, tritt eine Magnetisierungsumkehr nur am Speicherträger 213B-1 am Schnittpunkt zwischen diesen zwei Ansteuerleitungen auf. Dabei üben die Ansteuerleitung 211A für die y-Richtung und die Ansteuerleitung 214B für die x-Richtung, die beide mit einem Strom versorgt werden, eine Ansteueroperation auf die an ihnen angeordneten mehreren Speicherträger aus. Jedoch reicht die Ansteueroperation von entweder der Ansteuerleitung 211A für die y-Richtung oder der Ansteuerleitung 214B für die x-Richtung nicht dazu aus, eine Magnetisierungsumkehr zu induzieren. Die Ansteueroperation, wie sie beim Fließen des Stroms durch die Ansteuerleitung 211A für die y-Richtung erzeugt wird, und diejenige, die beim Fließen des Stroms durch die Ansteuerleitung 214B für die x-Richtung erzeugt wird, werden so zusammengesetzt, dass nur dann, wenn die Ansteueroperation auf den Speicherträger 213 unter einer Richtung von 45° bezogen auf die leichte Achse verläuft, eine Magnetisierungsumkehr induziert wird. Beim Beispiel der 41 tritt eine Magnetisierungsumkehr nur im Speicherträger 213B-1 auf.
  • Durch Realisieren der Adressierung vom Matrixtyp beim magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung, wie oben beschrieben, ist es möglich, eine optionale Speicherzelle durch eine vereinfachte Struktur zu beschreiben, die der des in der 2 dargestellten herkömmlichen magneti schen Festkörperspeichers ähnlich ist, ohne dass nichtlineare Elemente oder Auswähltransistoren zu den einzelnen magnetischen Festkörperspeichern hinzuzufügen wären.
  • Beim oben beschriebenen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung ist es nicht erforderlich, nichtlineare Elemente oder Auswähltransistoren zu verwenden, selbst dann, wenn eine Adressierung vom Matrixtyp verwendet wird. Das heißt, dass der magnetische Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung aus metallischen und isolierenden Materialien aufgebaut werden kann, während es nicht erforderlich ist, Halbleiter zu verwenden, die empfindlich gegen Verschmutzung sind. Wenn der Speicher aus metallischen und isolierenden Materialien aufgebaut wird, kann der Herstellprozess deutlich vereinfacht werden, da keine empfindlich auf Verschmutzung reagierende Halbleiter verwendet werden.
  • 3-4 Spezielle Ausführungsform eines magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung und Adressierfunktion
  • 3-5-1 Gesamtstruktur
  • Als Speicherträger wird ein Array mehrerer auf einem Substrat ausgebildeter magnetischer Filme verwendet. Als Übertragungswege zum Auswählen einzelner Speicherträger und zum Übertragen der Schreiboperation auf einen einzelnen Speicherträger von außerhalb des magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung durch Adressieren sind eine Anzahl von Ansteuerleitungen auf dem Substrat angeordnet. Um eine effektive Adressierung mit einer möglichst kleinen Anzahl von Ansteuerleitungen zu bewerkstelligen, sind mehrere Sätze von Ansteuerleitungen, wie Sätze von sich in der x-Richtung erstreckenden Ansteuerleitungen, sowie solche, die sich in der y-Richtung erstrecken, vorhanden, und Speicherträger sind an den Gitterpunkten angebracht, die den Schnittpunkten der jeweiligen Sätze entsprechen.
  • 3-5-2 Mechanismus einer nutzbaren Austauschkopplung
  • Der Mechanismus, der eine Austauschwechselwirkung zum Übertragen der Ansteuerkraft von den Ansteuerleitungen auf die Speicherträger induziert, hat eine Anzahl von Quellen, wie es unten erörtert wird, während eine Anzahl von Eingabesystemen existiert, die zum Steuern der Stärke der Austauschwechselwirkung von außen geeignet sind.
  • 3-5-2-1 Magnetische Kopplung über eine Halbleiterschicht
  • Ladungsträger in einem Halbleiter, der mit einem magnetischen Element in Kontakt steht, verfügen über eine Spindichteverteilung, die auf schwingende Weise mit dem Abstand vom magnetischen Element abnimmt, um in Bezug auf andere magnetischen Ionen oder magnetischen Elemente, die von der Polarisation beabstandet liegen (Abweichung des mittleren Ladungträgerspins von null) eine magnetische Wechselwirkung (RKKY-Wechselwirkung) zu induzieren. Durch diese Wechselwirkung ergibt sich zwischen zwei magnetischen Schichten, die durch eine Halbleiterschicht getrennt sind, eine Austauschkopplung.
  • Die Periode der Schwingungen einhergehend mit der Stärke oder dem Abstand der magnetischen Wechselwirkung hängt von der Ladungsträgerdichte ab. Auch kann die Ladungsträgerdichte im Halbleiter durch elektrische Stimuli (Anlegen einer Spannung oder Zuführen eines Stroms) oder externe Stimuli wie Bestrahlen mit Licht variiert werden. So kann die magnetische Kopplung zwischen der oberen und der unteren magnetischen Schicht durch Ausüben externer Stimuli auf die Halbleiterschicht verändert werden. So ist es durch Anbringen eines Dünnfilms 232 aus einem magnetischen Metall mit fester Magnetisierungsrichtung sowie eines Dünnfilms 233 aus magnetischem Metall mit variabler Magnetisierungsrichtung mit einer dazwischen liegenden Halbleiterschicht 231, und durch Ein-/Ausschalten der Spannung, möglich, eine Ansteuerkraft zu erzeugen, die den Magnetisierungsvektor des Dünnfilms 233 aus magnetischem Metall invertieren kann.
  • Insbesondere besteht bei einer durch die Halbleiterschicht vermittelten magnetischen Kopplung die Tendenz, dass nicht nur die Stärke sondern auch das Vorzeichen der magnetischen Kopplung auf Grund der Schwingungsnatur der Spindichteverteilung eine Änderung erfährt. Das heißt, dass im Fall einer durch die Halbleiterschicht vermittelten magnetischen Kopplung die Möglichkeit der Kontrolle besteht, ob die Magnetisierung der obere und der unteren magnetischen Schicht zu einer Ausrichtung in paralleler Richtung, d.h. ferromagnetisch, oder in antiparalleler Richtung, d.h. antiferromagnetisch, neigt, was mittels externer Stimuli erfolgt, die an die Halbleiterschicht gegeben werden. Wenn eine Ansteuerleitung verwendet wird, mit der die Ansteuerrichtung umgekehrt werden kann, kann die Funktion zweier Ansteuerleitungen (erste Ansteuerleitung 211 für die y-Richtung und zweite Ansteuerleitung 212 für die y-Richtung) in der in der 39 dargestellten Speicherzelle durch eine einzelne Ansteuerleitung realisiert werden. Daher kann, wenn m und n Speicherzellen in der vertikalen bzw. horizontalen Richtung existieren, eine Adressierung vom Matrixtyp durch nur m + n Ansteuerleitungen realisiert werden, wie im Fall des in der 1 dargestellten herkömmlichen magnetischen Festkörperspeichers.
  • 3-5-2-2 Magnetische Kopplung, die durch eine dielektrische Schicht vermittelt wird
  • Eine Austauschkopplung kann zwischen magnetischen Schichten über eine dielektrische Schicht aufgebaut werden. In diesem Fall wird die Austauschkopplung zwischen den magnetischen Schichten durch die zwei Schichten verbindende Tunnelelektronen vermittelt. So wird durch Anordnen eines Dünnfilms 242 aus einem magnetischen Metall mit fester Magnetisierungsrichtung sowie eines Dünnfilms 243 aus einem magnetischen Metall mit variabler Magnetisierungsrichtung, wobei dazwischen eine dielektrische Schicht 241 liegt, und durch Anlegen einer Spannung von den Dünnfilmen 242, 243 aus magnetischem Metall oder einer gesonderten Elektrode, um die Potenzialverteilung der Schichtstruktur zu ändern, die Tunnelwahrscheinlichkeit von durch die dielektrische Schicht 241 übertragenen Elektronen geändert, um so die Austauschkopplung zwischen den Dünnfilmen 242, 243 aus magnetischem Metall zu ändern. Dies kann als Ansteuerkraft zum Invertieren der Magnetisierungsrichtung verwendet werden.
  • Indessen wird eine Struktur mit mehreren Potenzialbarrieren realisiert, wenn mehrere dielektrische Schichten 241a, 241b ausgebildet werden, wie es in der 44 dargestellt ist. Die Möglichkeit einer Übertragung von Elektronen durch eine Struktur mit mehreren Potenzialbarrieren zeigt ein deutliches lokales Maximum, wenn die Elektronen eine solche Energie aufweisen, dass sie resonant durch einen zwischen den Barrieren vorhandenen Potenzialtrog übertragen werden. Wenn die Potenzialverteilung der Elektronenenergie oder die Struktur zwischen Resonanz und Nicht-Resonanz variiert wird, können deutliche Änderungen der Tunnelungswahrscheinlichkeit durch einen relativ kleinen externen Stimulus induziert werden, wodurch mittels der Tunnelelektronen deutliche Änderungen der Austauschkopplung erzeugt werden können.
  • 3-5-2-3 Durch eine elektrisch leitende Schicht vermittelte Kopplung
  • In einer elektrisch leitenden Schicht aus unmagnetischem Metall wird RKKY-Wechselwirkung beobachtet, wodurch zwischen den magnetischen Schichten eine magnetische Kopplung realisiert werden kann. Jedoch verfügt ein elektrisch leitendes Material über viele Ladungsträger und eine kürzere Relaxationszeit, so dass es schwierig ist, die Anzahl der Ladungsträger durch externe Stimuli zu ändern, wie im Fall der Verwendung eines Halbleiters, und demgemäß die magnetische Kopplung zum Modulieren. Jedoch ist es unter Verwendung eines Kunstgriffs in der Materialstruktur möglich, die magnetische Kopplung zu modulieren.
  • Zum Beispiel kann die magnetische Kopplung zwischen den magnetischen Schichten dadurch beseitigt werden, dass eine Kopplungskontrollschicht aus Cr/FeAg-Schichtfilmen zwischen den magnetischen Schichten angebracht wird und dieser Kopplungskontrollschicht ein Strom zugeführt wird. Die in der 37 dargestellte Struktur entspricht einem dieses Prinzip ausnutzenden Beispiel. Dies entspricht dem Fall der Verwendung eines elektrisch leitenden Materials sowie dem Fall des Ausnutzens des bei 3-5-2-4 erläuterten Verbundmaterials. Dieses stromgesteuerte System zeigt den Vorteil, dass die Betriebsgeschwindigkeit nicht durch die elektrische Kapazität eingeschränkt ist, während kein Isoliermaterial mit hohen Spannungsstandhalteeigenschaften erforderlich ist.
  • 3-5-2-4 Durch ein Verbundmaterial vermittelte Kopplung
  • Wenn das in der 45 oder 46 dargestellte Verbundmaterial an Stelle des Einphasenmaterials als Kopplungskontrollschicht zum Kontrollieren der magnetischen Kopplung zwischen den zwei magnetischen Schichten verwendet wird, ist es möglich, eine Kontrolle betreffend die Ausbreitung der magnetischen Kopplung auszuführen und die Kopplungsstärke durch externe Stimuli zu variieren.
  • Die 45 zeigt eine mehrschichtige Kopplungskontrollschicht aus einer magnetischen Schicht 251 und einer nicht-ferromagnetischen Schicht 252. Für die magnetische Schicht 251 können als Elementbestandteil der mehrschichtigen Struktur ferromagnetische Metalle, wie Fe, Co oder Ni, oder Legierungen derselben mit unmagnetischen Metallen, verwendet werden. Als nicht-ferromagnetische Schicht 252 können alle geeigneten Metalle, wie Ti, V, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt oder Au verwendet werden. Außerdem kann Cr verwendet werden, das bei Raumtemperatur antiferromagnetische Eigenschaften zeigt. Die Ferromagnetischen oder antiferromagnetischen Eigenschaften oder die Stärke der sich ergebenden Kopplung können auf viele Weisen abhängig vom Typ des magnetischen Materials oder der Dicke der nicht-ferromagnetischen Schichten 252 konzipiert werden.
  • Zusätzlich zur Schichtstruktur kann als Kopplungskontrollschicht die in der 46 dargestellte Struktur mit einer Dispersion feiner Teilchen verwendet werden. Diese Kopplungskontrollschicht verfügt über eine Struktur, bei der ferromagnetische Teilen 253, wie Fe-Teilchen, in einem unmagnetischen Material 254 wie Au dispergiert sind. Die magnetische Kopplung wird treppenstufenförmig über die ferromagnerischen Teilen 253 übertragen, wodurch die magnetischen Schichten, die zu beiden Seiten der Kopplungskontrollschicht angeordnet sind, magnetisch miteinander gekoppelt werden.
  • Die magnetische Kopplung über die ferromagnetischen Teilchen ist extrem schwach, so dass die Tendenz besteht, dass die magnetische Kopplung durch übermäßige Elektronenstreuung und einen Temperaturanstieg gestört wird, wenn ein Strom in der Kopplungskontrollschicht fließt. Das heißt, dass in einer Kopplungskontrollschicht mit einer Struktur einer Dispersion feiner Teilchen die magnetische Kopplung zwischen den zu ihren beiden Seiten angeordneten magnetischen Schichten von der schwachen magnetischen Kopplung zwischen den ferromagnetischen Teilchen abhängt, so dass die Tendenz besteht, dass die makroskopische magnetische Kopplung durch den in der Kopplungskontrollschicht fließenden Strom gestört wird.
  • Indessen kann die Struktur mit einer Dispersion feiner Teilchen als Element der Schichtstruktur verwendet werden. Zum Beispiel wird der cr/FeAg-Film als Kopplungskontrollschicht bei einem magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung verwendet, der nachfolgend erläutert wird. Dieser FeAg-Film wird aus einem zweiphasigen Materialgemisch vom nicht-Feststofflösungstyp hergestellt, und demgemäß kann gesagt werden, dass es sich um eine Struktur eine Dispersion feiner Teilchen handelt.
  • Indessen tritt, wenn in der Kopplungskontrollschicht ein ein magnetisches Material enthaltendes Verbundmaterial verwendet wird, eine magnetische Kopplung indirekt über ein magnetisches Material im Verbundmaterial auf. Daher kann die Kopplungskontrollschicht erhöhte Filmdicke aufweisen. Wenn ein ein magnetisches Material enthaltendes Verbundmaterial als Kopplungskontrollschicht verwendet wird, beträgt die Filmdicke vorzugsweise nicht weniger als 10 nm. Wenn die Filmdicke nicht weniger als 10 nm beträgt, ist es möglich, das Problem von Herstellschwierigkeiten auf Grund übermäßig geringer Dicke der Kopplungskontrollschicht zu umgehen.
  • Obwohl keine Einschränkung hinsichtlich der Obergrenze der aus einem Verbundmaterial bestehenden Kopplungskontrollschicht besteht, beträgt die Dicke derselben vorzugsweise unter Berücksichtigung der tatsächlich angetroffenen Herstellprozesse nicht mehr als ungefähr 1 μm.
  • 3-5-2-5 Durch verschiedene magnetische Materialien vermittelte Kopplung
  • Wenn ein Material mit relativ niedriger Curietemperatur, bei der die magnetische Ordnung verschwindet oder ein ferrimagnetisches Material in der Nähe des Kompensationspunkts externen Stimuli ausgesetzt wird, werden dessen makroskopische magnetische Eigenschaften deutlich geändert. Dies kann zum Modulieren der magnetischen Kopplung zwischen magnetischen Schichten genutzt werden.
  • 3-5-3 Verifizierung einer Adressieroperation durch Versuche
  • Es wurde tatsächlich ein die Erfindung verkörpernder magnetischer Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung hergestellt, und es wurden Adressieroperationen für diesen geklärt.
  • 3-5-3-1 Herstellabfolge eines magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung
  • Es wurde eine die Erfindung verkörpernder magnetischer Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung unter Verwendung einer Magnetron-Sputtervorrichtung hergestellt. Die Herstellabfolge wird nun unter Bezugnahme auf die 47 bis 51 erläutert. Es ist zu beachten, dass die 47 bis 51, die den Herstellprozess des magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung veranschaulichen, teilvergrößerte Schnittansichten sind, die eine einzelne Speicherzelle zeigen.
  • (1) Abscheiden einer stationären magnetischen Schicht und einer Cu-Schicht zum Kontrollieren der Magnetisierungsrichtung (47).
  • Nach dem Abscheiden einer magnetischen CoPt-Schicht 261 (Permanentmagnetschicht) und einer Co-Schicht 262 auf einem Glassubstrat 260 wurde ein Resistmaskenmuster 263 durch Ätzen mit einem Elektronenstrahl ausgebildet und in einem Bereich, der einer einzelnen Ansteuerleitung für die y-Richtung entspricht, wurde eine streifenförmige Cu-Schicht 264 abgeschieden.
  • Die Filmdicken der magnetischen CoPt-261 mit hoher Koerzitivfeldstärke, der Co-Schicht 262 und der Cu-Schicht 264 wurden auf 100 nn, 100 nm bzw. 0,8 nm eingestellt.
  • (2) Abscheidung einer sekundären Co-Schicht und einer Kopplungskontrollschicht (48)
  • Es wurde das Resistmaskenmuster 263 entfernt, und es wurde eine sekundäre Co-Schicht 265 mit einer Dicke von 20 nm abgeschieden. Der auf der Cu-Schicht 263 abgeschiedene Bereich der sekundären Co-Schicht 265 wurde durch eine antiferromagnetische Austauschwechselwirkung, die durch die Cu-Schicht 262 vermittelt wurde, in antiparalleler Richtung in Bezug auf die darunter liegende Co-Schicht 262 magnetisiert.
  • Dann wurde eine Isolationskontrollschicht 266 abgeschieden. Die Isolationskontrollschicht 266, die durch Besputtern eines FeSi-Targets in eine sauerstoffhaltigen Argonatmosphäre erhalten wurde, wird aus einem Material mit hohem elektrischem Widerstand und ferromagnetischen Eigenschaften, und das eine magnetische Kopplung weiterleiten kann, hergestellt.
  • Dann wurde eien Kopplungskontrollschicht 267 abgeschieden. Zu diesem Zweck wurde ein mehrschichtiger Cu/FeAg-Film bei Raumtemperatur durch gleichzeitiges Besputtern eines FeAg-Mosaiktargets und eines Cr-Targets abgeschieden, wobei dafür gesorgt wurde, dass das Substrat 260 abwechselnd auf den jeweiligen Targets verblieb. Das verwendete Mosaiktarget ist ein Fe-Target, auf dem Ag-Platten mit der Form von Sektoren mit einem Mittenwinkel von 15° angeordnet waren. Die jeweiligen Filmdicken betrugen 0,9 nm und 1,5 nm für das Cr bzw. FeAg. Diese Schichten wurden auf einem Ferritsubstrat abgeschieden, beginnend mit einer ersten FeRg-Schicht, und die letzte FeAg-Schicht wurde nach 16,5 Perioden als oberste Schicht abgeschieden. Diese Schicht hat die Aufgabe des Unterbrechens der magnetischen Kopplung, wenn in ihr ein Strom fließt, wie es in 3-5-2-4 erörtert ist. Am Außenrand eines Speicherzellenbereichs wurde ein Elektrodenkontaktfleck hergestellt, um eine Elektrode zu schaffen, die der Kopplungskontrollschicht 267 einen Strom zuführt.
  • Auf der Kopplungskontrollschicht 267 wurde eine Isolationskopplungsschicht 268 so abgeschieden, dass der von der Kopplungskontrollschicht 267 herleitende Elektrodenkontaktfleck nicht bedeckt wurde.
  • (3) Herstellen eines Ansteuerleitungsmusters (49)
  • In einem Bereich zweier Ansteuerleitungen für die y-Richtung, entsprechend einer Zellenbreite zum Verbinden von Elektrodenkontaktflecken miteinander, wurde ein Resistmaskenmuster 269 hergestellt, während andere Teile bis zur halben Dicke der darunterliegenden Co-Schicht 262 abgekratzt wurden. Dadurch wurden Ansteuerleitungen 270, 271 für die y-Richtung hergestellt.
  • (4) Abscheiden einer NiFe-Schicht, die magnetische Anisotropie zeigt
  • Die Stufendifferenz wurde durch ein isolierendes Harz 272 beseitigt, und dann wurde eine NiFe-Schicht 273 in Kontakt mit der Isolierkopplungsschicht 268 abgeschieden. Während des Abscheidens wurde die Vormagnetisierung, die sich von der Schicht darunter ausbreitet, durch Erwärmen des Substrats beseitigt. Es wurde ein externes Magnetfeld in der (-x)-Richtung angelegt, um in der NiFe-Schicht 273 eine uniaxiale magnetische Anisotropie mit einer leichten Achse entlang der Richtung der x-Achse zu induzieren. Diese NiFe-Schicht 273 dient später als Magnetisierungsrichtung.
  • (5) Herstellen eines Speicherträgers sowie Abscheiden und Herstellen von Ansteuerleitungen für die x-Richtung
  • Durch einen Maskenprozess wurde die NiFe-Schicht 273 mit der Größe des Speicherträgers belassen. Nach dem Einfüllen eines Isolierharzes 274 wurde eine Cu-Zwischenverbindung für die x-Richtung abgeschieden, um eine Ansteuerleitung 275 für die x-Richtung auszubilden. Bei Raumtemperatur wurde ein Magnetfeld von 2 kOe in der x-Richtung unter Verwendung eines Elektromagnets angelegt, um die Magnetisierungsrichtung der magnetischen CoPt-Schicht 261 hoher Koerzitivfeldstärke und der Co-Schicht 262 in der (-x)-Richtung auszurichten.
  • Ein magnetischer Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung wurde, einschließlich der Ansteuerleitungen, auf die oben beschriebene Weise hergestellt. Obwohl in den 47 bis 51 eine einzelne Speicherzelle vergrößert dargestellt ist, wurden tatsächlich 4 × 4 Speicherzellen hergestellt. Die 52 und 53 zeigen eine ebene Struktur eines magnetischen Festkörperspeichers aus vier auf vier Speicherzellen bzw. die planare Struktur einer einzelnen Speicherzelle in vergrößertem Maßstab.
  • Beim oben beschriebenen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung sind die Ansteuerleitungen 275 für die x-Richtung einfache Leiter. Die Magnetisierungsoperation für den aus der NiFe-Schicht 73 bestehenden Speicherträger ausgehend vom Leiter erfolgt durch das Magnetfeld, das durch den in diesem Leiter fließenden Strom induziert wird. Um den Herstellprozess zu vereinfachen, wird keine Austauschkopplung verwendet, insoweit es um die Ansteuerleitungen 275 für die x-Richtung geht. Selbstverständlich kann die gesamte Ansteuerung durch Austauschkopplung unter Ausnutzung von Ansteuerleitungen realisiert werden, die so arbeiten, dass sie die Magnetisierung der Speicherträger unter Ausnutzung der Austauschkopplung zur y-Richtung hin verkippen. In diesem Fall kann jeder geeignete Mechanismus, der eine Ansteuerung für den elektrischen Eingangs-Einschaltzustand induziert, aus denen ausgewählt und verwendet werden, die in 3-5-2-1 bis 3-5-2-5 angegeben sind. Es ist auch möglich, Ansteuerleitungen vom Typ zu verwenden, bei dem die Kopplung im elektrischen Eingangs-Einschaltzustand zerstört wird, wie bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet. In diesem Fall wird das Gleichgewicht der Ansteuerkraft durch eine Vormagnetisierungsüberlagerung von einem magnetische Element, wie der stationären magnetischen Schicht 204 der 37, so verschoben, dass für den elektrischen Eingangs-Einschaltzustand eine Ansteuerkraft induziert wird.
  • Bei der obigen Elementstruktur liegen die folgenden Gesichtspunkte, die für die Elementherstellung wesentlich sind, vor.
  • (1) Stationäre magnetische Schicht, die auf der gesamten Substratoberfläche abgeschieden wurde.
  • Beim oben beschriebenen magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung wird eine stationäre magnetische Schicht aus der magnetischen CoPt-Schicht 261 hoher Koerzitivfeldstärke und der Co-Schicht 262 auf der gesamten Substratoberfläche abgeschieden. Durch Magnetisieren der stationären magnetischen Schicht in einer Richtung und durch Aufbauen der Struktur bis zum Zellenarray darauf, wird die Gleichmäßigkeit der Magnetisierungsrichtung der Gesamtheit der Ansteuerleitungen und der Speicherträger auf der gesamten Substratoberfläche mit der stationären magnetischen Schicht als Referenz verbessert. Diese Gleichmäßigkeit trägt insbesondere beim Speicherausleseprozess zu eine Signalgleichmäßigkeit bei, um die Betriebszuverlässigkeit zu verbessern.
  • (2) Cu-Schicht, die beim Einstellen der Magnetisierungsrichtung verwendet wird
  • Die Ansteuerrichtungen der zwei Ansteuerleitungen 270, 271, die eine Magnetisierung der Speicherträger in n entgegengesetzten Richtungen, wie den Richtungen +x und –x, realisieren, werden als korrekt antiparallel erwartet. Als Maßnahme zu realisieren dieser regelmäßigen Magnetdomänenstruktur an den Ansteuerleitungen 270, 271 existiert das Merkmal, dass die Magnetisierungen an den Co-Schichten 260, 265 zu beiden Seiten der Cu-Schicht 263 antiparallel zueinander werden. Indessen ist es bekannt, dass eine ähnliche antiparallele Kopplung in eine Anzahl von Kombinationen verschiedener Materialien erzeugt wird, wie als Kopplung der Fe-Schichten, die durch die Cr-Schicht vermittelt wird, wobei diese Kombinationen zur Verwendung bei der Speicherherstellung geeignet ausgewählt werden können. Diese antiparallele Kopplung ist z. B. von S. S. P. Parkin in Physical Review Letters, Vol. 61, S. 3598-3601 (1991) erörtert.
  • (3) Isolierungskopplungsschicht, die den Strom in der Kopplungskontrollschicht aufnimmt und die magnetische Kopplung überträgt.
  • Als Material mit hohem elektrischem Widerstand, das die magnetische Kopplung vermittelt, wurde ein Dünnfilm verwendet, der durch Sputtern des FeSi-Targets in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre erhalten wurde. Der Dünnfilm ist vermutlich eine Mischung aus einer magnetischen Metalllegierung und einem Oxid. Ähnliche Materialien mit der obigen Funktion können durch Besputtern eines Legierungstargets erhalten werden, das hauptsächlich aus Fe, Co und Ni besteht.
  • 3-5-3-2 Bestätigung der Adressieroperation
  • Unter Verwendung eines magnetischen Festkörperspeichers vom Typ mit Austauschkopplung, der auf die oben beschriebene Weise hergestellt wurde, wurde versuchsweise geklärt, dass tatsächlich Speicherzellen zum Schreiben ausgewählt werden können. Die Magnetisierungsrichtung des Speicherträgers wurde unter Verwendung eines Kerr-Mikroskops erfasst, das abhängig von der Magnetisierung in einem Polarisationsmikroskop dadurch einen Hell/Dunkel-Kontrast liefert, dass die Tatsache ausgenutzt wird, dass die Drehung der Ebene polarisierten Lichts, zu der es kommt, wenn das Licht an der Oberfläche einer magnetischen Probe reflektiert wird (magnetooptischer Kerr-Effekt) die Magnetisierungsrichtung der Probe widerspiegelt. Für den Versuch wurde die Anordnung des optischen Systems so ausgewählt, dass eine Erfas sung des Kontrasts abhängig von der Magnetisierungskomponente in der x-Richtung, entsprechend der leichten Achse des Speicherträgers, möglich war. Vor der Beobachtung wurde ein Isolierharz auf den oberen Teil der vier auf vier Speicherträger durch Ionenfräsen so entfernt, dass der als Speicherträger dienende NiFe-Dünnfilm an der Oberfläche freigelegt war. Diese Prozedur wird dazu verwendet, einen redundanten Kontrast zu beseitigen, der nicht dem magnetooptischen Kerr-Effekt zuzuschreiben ist, durch Doppelbrechung des Harzes und Überlagerung der Oberflächenreflexion.
    • (1) Im magnetischen Anfangszustand war die untenliegende Permanentmagnetschicht der Probe in der (-x)-Richtung magnetisiert, während die Speicherträgerschicht ebenfalls in der (-x)-Richtung ausgerichtet war. Bei einer Beobachtung mit dem Kerr-Mikroskop erschien es, dass alle vierzehn Speicherträger dieselbe Helligkeit aufwiesen.
    • (2) Die Proben wurden zu einer Mikrosonde verschoben, und es wurden vier Elektroden gesetzt. Eine der Ansteuerleitungen für die y-Richtung und eine der Ansteuerleitungen für die x-Richtung wurden ausgewählt und gleichzeitig mit einem Stromimpuls versorgt. Um die Magnetisierung des Speicherträgers auf die (+x)-Richtung umzukehren, wurde eine Ansteuerleitung ausgewählt, die, wenn sie mit einem Strom versorgt wurde, so wirkte, dass sie die Vormagnetisierung in der (-x)-Richtung auf den Speicherträger schwächte.
    • (3) Die Probe wurde in das Kerr-Mikroskop zurückgebracht, um ein Bild mit derselben Ausrichtung wie während der anfänglichen Beobachtung zu betrachten. Das betrachtete Bild ist schematisch in der 54 dargestellt, aus der es erkennbar ist, dass nur der Speicherträger der ausgewählten Speicherzelle (Speicherträger 273A in der zweiten Zeile von oben und der dritten Spalte von links) heller als andere Speicherträger erkennbar war, so dass es ersichtlich wurde, dass die Magnetisierungsrichtung des fraglichen Speicherträgers geändert war.
    • (4) Die Probe wurde in eine Sondeneinrichtung bewegt. Es wurde dieselbe Speicherzelle ausgewählt, und um den Speicherinhalt zu löschen, wurden Stromimpulse an verschiedene Ansteuerleitungen für die y-Richtung und für die x-Richtung geliefert. Die Probe wurde erneut unter dem Kerr-Mikroskop betrachtet. Es zeigte sich, dass alle Speicherträger mit derselben Helligkeit erschienen. Dies demonstrierte, dass das Beschreiben des Speichers durch Magnetisierungsumkehr reversibel ist.
    • (5) Der obige Versuch wurde wiederholt an mehreren verschiedenen Speicherzellen ausgeführt. Es wurde geklärt, dass ein Schreiben und Löschen unabhängig von einer Speicherzelle zu einer anderen ausgeführt werden konnten. Das heißt, dass bei diesem magnetischen Festkörperspeicher vom Typ mit Austauschkopplung eine Adressieroperation durch mit einer Matrixkonfiguration angeordnete Ansteuerleitungen realisiert werden kann.
  • Bei dieser magnetischen Speichervorrichtung, mit einem Array magnetischer Elemente als Speicherträger, kann die für integrierte Schaltungselemente unabdingbare Adressierfunktion durch einfache Verbindungen vom Matrixtyp realisiert werden, wie auch das Problem einhergehend mit einem Schreibvorgang unter Ausnutzung eines Magnetfelds, wie Übersprechens auf Grund einer verkleinerten Designregel oder verringerter Koerzitivfeldstärke.

Claims (80)

  1. Magnetisierungs-Einstellverfahren, das Folgendes umfasst: – Aufteilen eines magnetisierten Gebiets (32, 34) eines ferromagnetischen Materials durch ein Abstandshaltergebiet (33) aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält; und – Ausüben einer Stimulierung von außen auf das Abstandshaltergebiet (33) zum Ändern der magnetischen Wechselwirkung zwischen magnetisierten Teilgebieten (32, 34) zum Einstellen der Magnetisierung eines oder mehrerer der magnetisierten Teilgebiete (32, 34).
  2. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Stimulierung durch elektrische Stimulierung, Einstrahlung von Licht oder Temperatureinstellung auf das Abstandshaltergebiet (33) ausgeübt wird.
  3. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem ein magnetischer Halbleiter als Verbundmaterial verwendet wird, das als Abstandshaltergebiet (33) verwendet wird.
  4. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem als Verbundmaterial, das als Abstandshaltergebiet (33) verwendet wird, ein Medium verwendet wird, das dadurch erhalten wird, dass ferromagnetische Teilchen in einem Halbleiter dispergiert werden.
  5. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem als Verbundmaterial, das als Abstandshaltergebiet (33) verwendet wird, ein Medium verwendet wird, das dadurch erhalten wird, dass ferromagnetische Teilchen in einem magnetischen Halbleiter dispergiert werden.
  6. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem als im Abstandshaltergebiet verwendetes Verbundmaterial ein mehrschichtiger Film erhalten wird, der dadurch erhalten wird, dass ein ferromagnetischer Film und ein Halbleiterfilm aufeinander geschichtet werden.
  7. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem als im Abstandshaltergebiet (33) verwendetes Verbundmaterial ein mehrschichtiger Film erhalten wird, der dadurch erhalten wird, dass ein ferromagnetischer Film und ein magnetischer Halbleiterfilm aufeinander geschichtet werden.
  8. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dicke des Abstandshaltergebiets (33) nicht unter 10 nm beträgt.
  9. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, umfassend: – Aufteilen eines magnetisierten Gebiets (32, 34) eines ferromagnetischen Materials durch ein Abstandshaltergebiet mit einer Dicke nicht unter 10 nm; und – Ausüben einer Stimulierung von außerhalb des Abstandshaltergebiets (33) zum Ändern der magnetischen Wechselwirkung zwischen magnetisierten Gebieten zum Einstellen der Magnetisierung eines oder mehrerer der magnetisierten Teilgebiete (33).
  10. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 9, bei dem als Abstandshaltergebiet (33) ein Verbundmaterial verwendet wird, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält.
  11. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, umfassend: – Aufteilen eines magnetisierten Gebiets aus einem ferromagnetischen Material durch ein Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält; – Ausüben einer Stimulierung von außerhalb des Abstandshaltergebiets in Übereinstimmung mit Information zum Aufzeichnen einer Änderung der magnetischen Wechselwirkung zwischen magnetisierten Teilgebieten zum Einstellen der Magnetisierung eines oder mehrerer der magnetisierten Teilgebiete (32, 34); und – Ausführen einer binären oder höher-mehrwertigen Aufzeichnung abhängig von der Magnetisierungsrichtung des magnetisierten Gebiets.
  12. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 11, bei dem die Stimulierung durch elektrische Stimulierung, Einstrahlung von Licht oder Temperatureinstellung auf das Abstandshaltergebiet (33) ausgeübt wird.
  13. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 11, bei dem ein magnetischer Halbleiter als Verbundmaterial verwendet wird, das als Abstandshaltergebiet (33) verwendet wird.
  14. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 11, bei dem als Verbundmaterial, das als Abstandshaltergebiet (33) verwendet wird, ein Medium verwendet wird, das dadurch erhalten wird, dass ferromagnetische Teilchen in einem Halbleiter dispergiert werden.
  15. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 11, bei dem als Verbundmaterial, das als Abstandshaltergebiet (33) verwendet wird, ein Medium verwendet wird, das dadurch erhalten wird, dass ferromagnetische Teilchen in einem magnetischen Halbleiter dispergiert werden.
  16. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 11, bei dem als verwendetes Verbundmaterial des Abstandshaltergebiets (33) ein mehrschichtiger Film erhalten wird, der dadurch erhalten wird, dass ein ferromagnetischer Film und ein Halbleiterfilm aufeinander geschichtet werden.
  17. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 11, bei dem als verwendetes Verbundmaterial des Abstandshaltergebiets (33) ein mehrschichtiger Film erhalten wird, der dadurch erhalten wird, dass ein ferromagnetischer Film und ein magnetischer Halbleiterfilm aufeinander geschichtet werden.
  18. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 11, bei dem die Dicke des Abstandshaltergebiets nicht unter 10 nm beträgt.
  19. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, umfassend: – Aufteilen eines magnetisierten Gebiets eines ferromagnetischen Materials durch ein Abstandshaltergebiet mit einer Dicke nicht unter 10 nm; und – Ausüben einer Stimulierung von außerhalb des Abstandshaltergebiets in Übereinstimmung mit Information zum Aufzeichnen einer Änderung der magnetischen Wechselwirkung zwischen magnetisierten Teilgebieten (32, 34) zum Einstellen der Magnetisierung eines oder mehrerer der magnetisierten Teilgebiete; und – Ausführen einer binären oder höher-mehrwertigen Aufzeichnung abhängig von der Magnetisierungsrichtung des magnetisierten Gebiets.
  20. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 19, bei dem als Abstandshaltergebiet (33) ein Verbundmaterial verwendet wird, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält.
  21. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, umfassend: – Aufbauen eines Schichtaufbaus, der dadurch erhalten wird, dass eine elektrisch leitende Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehrere magnetische Schichten so übereinander geschichtet werden, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen den magnetischen Schichten angeordnet ist; und – Veranlassen eines Stromflusses in der elektrisch leitenden Schicht der geschichteten Baugruppe, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten einzustellen.
  22. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 21, bei dem die elektrisch leitende Schicht aus einem Verbundmaterial besteht, das eine Substanz, die magnetische Ordnung in einer einzigen Phase zeigt, und ein unmagnetisches Material enthält.
  23. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 21, bei dem die elektrisch leitende Schicht aus abwechselnd aufeinander geschichteten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung oder einem Film mit modulierter Zusammensetzung besteht.
  24. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 21, bei dem die elektrisch leitende Schicht eine Struktur einer dreidimensionalen Mischung von Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung aufweist.
  25. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 21, bei dem Schichten eines Materials mit höherem elektrischem Widerstand als dem der elektrisch leitenden Schicht als obere Schicht und untere Schicht der elektrisch leitenden Schicht angeordnet sind.
  26. Informationsaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 1, umfassend: – Aufbauen eines Schichtaufbaus, die dadurch erhalten wird, dass eine elektrisch leitende Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehrere magnetische Schichten so übereinander geschichtet werden, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen den magnetischen Schichten angeordnet ist; – Veranlassen eines Stromflusses in der elektrisch leitenden Schicht der geschichteten Baugruppe, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten einzustellen; und – Ausführen eines binären oder höher-mehrwertigen Aufzeichnungsvorgangs auf Grundlage der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten.
  27. Informationsaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 26, bei dem die elektrisch leitende Schicht aus einem Verbundmaterial besteht, das eine Substanz, die magnetische Ordnung in einer einzigen Phase zeigt, und ein unmagnetisches Material enthält.
  28. Informationsaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 26, bei dem die elektrisch leitende Schicht ein Aufbau geschichteter Dünnfilme oder ein in der Zusammensetzung modulierter Film aus abwechselnd aufeinander geschichteten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung ist.
  29. Informationsaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 26, bei dem die elektrisch leitende Schicht eine dreidimensionale Mischstruktur aus Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung ist.
  30. Informationsaufzeichnungsverfahren nach Anspruch 26, bei dem Schichten eines Materials mit höherem elektrischem Widerstand als dem der elektrisch leitenden Schicht als obere Schicht und untere Schicht der elektrisch leitenden Schicht angeordnet sind.
  31. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 1, bei dem, um in einer magnetischen Speichervorrichtung mit einem Array mehrerer magnetischer Teilelemente als Speicherträger ein Adressierverfahren auszuführen, der folgende Schritt ausgeführt wird: – Ausnutzen der Austauschwechselwirkung, wie sie sich durch eine feste Phase ausbreitet, beim Auswählen eines wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen.
  32. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 31, bei dem: – die Austauschwechselwirkung eine solche ist, die zwischen zwei magnetischen Schichten über eine Kopplungskontrollschicht in einer Struktur wirkt, die aus der zwischen die magnetischen Schichten eingebetteten Kopplungskontrollstruktur besteht; und – Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen zwei magnetischen Schich ten, die durch Ausüben einer Stimulierung auf die Kopplungskontrollschicht erzeugt werden, beim Auswählen eines wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen genutzt werden.
  33. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 32, bei dem die Kopplungskontrollschicht eine Halbleiterschicht ist; wobei – die Austauschwechselwirkung durch Valenzelektronen der Halbleiterschicht vermittelt wird; und – auf die Halbleiterschicht eine Stimulierung ausgeübt wird, um Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten hervorzurufen, wobei diese Änderungen dazu ausgenutzt werden, den wahlweisen Speicherträger zum Schreiben oder Auslesen auszuwählen.
  34. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 32, bei dem die Kopplungskontrollschicht eine dielektrische Schicht ist, wobei – die Austauschwechselwirkung durch Elektronen vermittelt wird, die durch einen Tunneleffekt durch die dielektrische Schicht zwischen magnetischen Schichten wandern; und – die Höhe einer Tunnelbarriere zwischen den dielektrischen Schichten geändert wird, um für Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten zu sorgen, wobei diese Änderungen beim Auswählen des wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben und Auslesen ausgenutzt werden.
  35. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 32, bei dem die Kopplungskontrollschicht eine elektrisch leitende Schicht ist; wobei – die Austauschwechselwirkung eine zwischen zwei magnetischen Schichten wirkende Wechselwirkung ist; und – dafür gesorgt wird, dass ein Strom durch die elektrisch leitende Schicht fließt, um Veränderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten zu sorgen, wobei diese Änderungen beim Auswählen des wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen ausgenutzt werden.
  36. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 32, bei dem die Kopplungskontrollschicht eine Filmdicke von nicht weniger als 10 nm aufweist und sie ein magnetisches Material enthält.
  37. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 32, bei dem die Kopplungskontrollschicht eine mehrschichtige Struktur aus einer magnetischen Schicht und einer unmagnetischen Schicht, die übereinander geschichtet sind, ist.
  38. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 32, bei dem die Kopplungskontrollschicht eine Dispersion magnetischer Teilchen in einem unmagnetischen Material ist.
  39. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 31, bei dem mehrere lineare Elemente einander schneidend angeordnet sind, wobei jeder Speicherträger an einem Schnittpunkt der linearen Elemente angeordnet ist; wobei – beim Auswählen eines optischen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen die magnetischen Wechselwirkungen, wie sie von zwei oder mehr linearen Elementen am Speicherträger ausgeübt werden, kombiniert werden, um für ein Schreiben oder Auslesen hinsichtlich des ausgewählten Speicherträgers zu sorgen; und – mindestens eine der magnetischen Wechselwirkungen eine Austauschwechselwirkung ist, die sich durch eine feste Phase ausbreitet.
  40. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 31, bei dem mehrere lineare Elemente einander schneidend angeordnet sind, wobei jeder Speicherträger an einem Schnittpunkt der linearen Elemente angeordnet ist; wobei – beim Auswählen eines optischen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen die Magnetisierungsrichtung eines Speicherträgers durch die Kombination magnetischer Wechselwirkungen eingestellt wird, wie sie von drei oder mehr linearen Elementen am Speicherträger ausgeübt werden; und – mindestens eine der magnetischen Wechselwirkungen eine Austauschwechselwirkung ist, die sich durch eine feste Phase ausbreitet.
  41. Informationsaufzeichnungselement (30) mit einer Struktur, bei der ein magnetisiertes Gebiet (32, 34) aus einem ferromagnetischen Material durch ein Abstandshaltergebiet (33) aus einem Verbundmaterial unterteilt ist, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält; wobei – eine Stimulierung in Übereinstimmung mit der aufzuzeichnenden Information von außerhalb des Abstandshaltergebiets (33) ausgeübt wird, um die magnetische Wechselwirkung zwischen magnetisierten Teilgebieten (32, 34) zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer magnetisierter Teilgebiete einzustellen; und – abhängig von der Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Gebiete (32, 34) ein binärer oder höher-mehrwertiger Aufzeichnungsvorgang erfolgt.
  42. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, bei dem die Stimulierung durch elektrische Stimulierung, Einstrahlung von Licht oder eine Temperatureinstellung auf das Abstandshaltergebiet (33) ausgeübt wird.
  43. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, bei dem als für das Abstandshaltergebiet (33) verwendetes Verbundmaterial ein magnetischer Halbleiter verwendet ist.
  44. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, bei dem das als Abstandshaltergebiet verwendete Verbundmaterial ein Medium ist, das durch Dispergieren ferromagnetischer Teilchen in einem Halbleiter erhalten wurde.
  45. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, bei dem das als Abstandshaltergebiet verwendete Verbundmaterial ein Medium ist, das durch Dispergieren ferromagnetischer Teilchen in einem magnetischen Halbleiter erhalten wurde.
  46. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, bei dem das im Abstandshaltergebiet (33) verwendete Verbundmaterial ein mehrschichtiger Film ist, der durch Aufeinanderschichten eines ferromagnetischen Films und eines Halbleiterfilms erhalten wurde.
  47. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, bei dem das im Abstandshaltergebiet (33) verwendete Verbundmaterial ein mehrschichtiger Film ist, der durch Aufeinanderschichten eines ferromagnetischen Films und eines magnetischen Halbleiterfilms erhalten wurde.
  48. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, bei dem die Dicke des Abstandshaltergebiets nicht unter 10 nm beträgt.
  49. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, mit einer Struktur, bei der ein magnetisiertes Gebiet aus einem ferromagnetischen Material durch ein Abstandshaltergebiet mit einer Dicke nicht unter 10 nm aufgeteilt ist; wobei – eine Stimulierung entsprechend aufzuzeichnender Information von außerhalb des Abstandshaltergebiets ausgeübt wird, um die magnetische Wechselwirkung zwischen magnetisierten Teilgebieten zu ändern, um die Magnetisierung eines oder mehrerer magnetisierter Teilgebiete einzustellenp und – abhängig von der Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Gebiete ein binärer oder höher-mehrwertiger Aufzeichnungsvorgang erfolgt.
  50. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 49, bei dem das Abstandshaltergebiet aus einem Verbundmaterial besteht, das ein magnetisches Material und ein Halbleitermaterial enthält.
  51. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, mit: – einem Schichtaufbau, der durch Aufeinanderschichten einer elektrisch leitenden Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehrerer magnetischer Schichten in solcher Weise, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen den magnetischen Schichten angeordnet ist, erhalten wurde; – wobei dafür gesorgt wird, dass in der elektrisch leitenden Schicht des Schichtaufbaus ein Strom fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten einzustellen.
  52. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 51, bei dem durch Ausnutzen des magnetisches Zustands der magnetischen Schichten dafür gesorgt ist, dass ein Ausgangssignal dem Magnetisierungszustand der magnetischen Schichten entspricht.
  53. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 51, bei dem die elektrisch leitende Schicht aus einem Verbundmaterial besteht, das eine Substanz, die magnetische Ordnung in einer einzigen Phase zeigt, und ein unmagnetisches Material enthält.
  54. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 51, bei dem die elektrisch leitende Schicht aus abwechselnd aufeinander geschichteten Bereichen einer ferromagnetische Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung oder eines Films mit modulierter Zusammensetzung besteht.
  55. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 51, bei dem die elektrisch leitende Schicht eine Struktur einer dreidimensionalen Mischstruktur von Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung aufweist.
  56. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 51, bei dem Schichten eines Materials mit höherem elektrischem Widerstand als dem der elektrisch leitenden Schicht als obere Schicht und untere Schicht der elektrisch leitenden Schicht angeordnet sind.
  57. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, mit: – einem Schichtaufbau, der dadurch erhalten wurde, dass eine elektrisch leitende Schicht, die ein elektrisch leitendes Material enthält, und mehrere magnetische Schichten so aufeinander geschichtet wurden, dass die elektrisch leitende Schicht zwischen den magnetische Schichten angeordnet ist; – wobei dafür gesorgt wird, dass in der elektrisch leitenden Schicht des Schichtaufbaus ein Strom fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen den magnetischen Schichten zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten einzustellen; und wobei ein binärer oder höhermehrwertiger Aufzeichnungsvorgang auf Grundlage der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten ausgeführt wird.
  58. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 57, bei dem die aufgezeichnete Information durch Erfassen der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten unter Ausnutzung des magnetooptischen Effekts ausgelesen wird.
  59. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 57, bei dem die elektrisch leitende Schicht aus einem Verbundmaterial besteht, das eine Substanz, die magnetische Ordnung in einer einzelnen Phase zeigt, und ein unmagnetisches Material enthält.
  60. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 57, bei dem die elektrisch leitende Schicht ein Aufbau geschichteter Dünnfilme aus abwechselnd aufeinander geschichteten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung oder eines Films mit modulierter Zusammensetzung ist.
  61. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 57, bei dem die elektrisch leitende Schicht eine dreidimensionale Mischstruktur von Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung ist.
  62. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 57, bei dem Schichten aus einem Material mit höherem elektrischem Widerstand als dem der elektrisch leitenden Schicht als obere Schicht und untere Schicht der elektrisch leitenden Schicht angeordnet sind.
  63. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 41, mit: – einem Schichtaufbau aus einer ersten magnetischen Schicht, einer zweiten magnetischen Schicht, einer unmagnetischen Schicht und einer dritten magnetischen Schicht, die aufeinander geschichtet sind; – wobei dafür gesorgt wird, dass in der elektrisch leitenden Schicht des Schichtaufbaus ein Strom fließt, um den magnetischen Kopplungszustand zwischen der ersten magnetischen Schicht und der zweiten magnetischen Schicht zu ändern, um die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht einzustellen, um den elektrischen Widerstand eines Strompfads einzustellen, der die zweite magnetische Schicht, die unmagnetische Schicht und die dritte magnetische Schicht enthält.
  64. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 63, bei dem die elektrisch leitende Schicht aus einem Verbundmaterial besteht, das eine Substanz, die magnetische Ordnung in einer einzelnen Phase zeigt, und ein unmagnetisches Material enthält.
  65. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 63, bei dem die elektrisch leitende Schicht aus einem Aufbau geschichteter Filme mit abwechselnd aufgeschichteten Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung oder eines Films mit modulierter Zusammensetzung besteht.
  66. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 63, bei dem die elektrisch leitende Schicht eine dreidimensionale Mischstruktur aus Bereichen einer ferromagnetischen Zusammensetzung und einer unmagnetischen Zusammensetzung ist.
  67. Informationsaufzeichnungselement nach Anspruch 63, bei dem Schichten aus einem Material mit höherem elektrischem Widerstand als der der elektrisch leitenden Schicht als obere Schicht und untere Schicht der elektrisch leitenden Schicht angeordnet sind.
  68. Magnetische Speichervorrichtung mit einem Informationsaufzeichnungselement nach einem der Ansprüche 41 bis 67 und mit einem Array mehrerer magnetischer Teilelemente als Speicherträger, – wobei eine sich durch feste Phase ausbreitende Austauschwechselwirkung als Maßnahme zum Spezifizieren eines wahlweisen Speicherträgers verwendet wird, der zum Schreiben oder Auslesen ausgewählt wird, um eine Zieloperation zu bewerkstelligen.
  69. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 68, mit einer Struktur, bei der eine Kopplungskontrollschicht zwischen zwei magnetische Schichten eingebettet ist; – wobei die Austauschwechselwirkung dergestalt ist, dass eine Wechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten über die Kopplungskontrollschicht wirkt; und – wobei eine Stimulierung auf die Kopplungskontrollschicht ausgeübt wird, um für Änderungen in der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetische Schichten zu sorgen, wobei die Änderungen beim Auswählen des wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen ausgenutzt werden.
  70. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 69, bei der die Kopplungskontrollschicht eine Halbleiterschicht ist; wobei – die Austauschwechselwirkung durch Valenzelektronen der Halbleiterschicht vermittelt wird; und – auf die Halbleiterschicht eine Stimulierung ausgeübt wird, um Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten hervorzurufen, wobei diese Änderungen dazu ausgenutzt werden, den wahlweisen Speicherträger zum Schreiben oder Auslesen auszuwählen.
  71. Magnetisierungs-Einstellverfahren nach Anspruch 69, bei der die Kopplungskontrollschicht eine dielektrische Schicht ist, wobei – die Austauschwechselwirkung durch Elektronen vermittelt wird, die durch einen Tunneleffekt durch die dielektrische Schicht zwischen magnetischen Schichten wandern; und – die Höhe einer Tunnelbarriere zwischen den dielektrischen Schichten geändert wird, um für Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten zu sorgen, wobei diese Änderungen beim Auswählen des wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben und Auslesen ausgenutzt werden.
  72. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 69, bei der die Kopplungskontrollschicht eine elektrisch leitende Schicht ist; wobei – die Austauschwechselwirkung eine zwischen zwei magnetischen Schichten wirkende Wechselwirkung ist; und – dafür gesorgt wird, dass ein Strom durch die elektrisch leitende Schicht fließt, um für Änderungen der Austauschwechselwirkung zwischen den zwei magnetischen Schichten zu sorgen, wobei diese Änderungen beim Auswählen des wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen ausgenutzt werden.
  73. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 69, bei der die Kopplungskontrollschicht eine Filmdicke von nicht weniger als 10 nm aufweist und sie ein magnetisches Material enthält.
  74. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 73, bei der die Kopplungskontrollschicht eine mehrschichtige Struktur aus einer magnetischen Schicht und einer unmagnetischen Schicht, die übereinander geschichtet sind, ist.
  75. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 73, bei der die Kopplungskontrollschicht eine Dispersion magnetischer Teilchen in einem unmagnetischen Material ist.
  76. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 69, bei der eine magnetische Schicht aus einem hartmagnetischen Material als untere Schicht einer Struktur ausgebildet ist, die aus der zwischen die zwei magnetischen Schichten eingebetteten Kopplungskontrollschicht besteht.
  77. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 69, bei der mindestens eine der magnetischen Schichten zu beiden Seiten der Kopplungskontrollschicht über eine Zwischenschicht so aufgeschichtet ist, dass die Magnetisierungsrichtungen paariger magnetischer Schichten antiparallel zueinander sind.
  78. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 69, bei der ein Dünnfilm aus einem elektrisch isolierenden Material, das eine magnetische Kopplung vermittelt, zwischen den magnetischen Schichten und der Kopplungskantrollschicht angeordnet ist.
  79. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 68, bei der mehrere lineare Elemente einander schneidend angeordnet sind und jeder Speicherträger an einem Schnittpunkt der linearen Elemente angeordnet ist; – wobei beim Auswählen eines wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen magnetische Wechselwirkungen, wie sie durch zwei oder mehr der linearen Elemente am Speicherträger ausgeübt werden, kombiniert werden, um für ein Schreiben oder Lesen an ausgewählten Speicherträgern zu sorgen; und – mindestens eine der magnetischen Wechselwirkungen eine Austauschwechselwirkung ist, die sich durch eine feste Phase ausbreitet.
  80. Magnetische Speichervorrichtung nach Anspruch 68, bei der mehrere lineare Elemente einander schneidend angeordnet sind, wobei jeder Speicherträger an einem Schnittpunkt der linearen Elemente angeordnet ist; wobei – beim Auswählen eines wahlweisen Speicherträgers zum Schreiben oder Auslesen die Magnetisierungsrichtung eines Speicherträgers durch die Kombination magnetischer Wechselwirkungen eingestellt wird, wie sie von drei oder mehr linearen Elementen am Speicherträger ausgeübt werden; und – mindestens eine der magnetischen Wechselwirkungen eine Austauschwechselwirkung ist, die sich durch eine feste Phase ausbreitet.
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