JP2000076844A - Magnetic thin-film memory element and its recording and reproducing method as well as image video-recording and reproducing apparatus - Google Patents

Magnetic thin-film memory element and its recording and reproducing method as well as image video-recording and reproducing apparatus

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JP2000076844A
JP2000076844A JP11096118A JP9611899A JP2000076844A JP 2000076844 A JP2000076844 A JP 2000076844A JP 11096118 A JP11096118 A JP 11096118A JP 9611899 A JP9611899 A JP 9611899A JP 2000076844 A JP2000076844 A JP 2000076844A
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magnetic
magnetic layer
layer
film
magnetic thin
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JP11096118A
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Naoki Nishimura
直樹 西村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic thin-film memory element which eliminates the demagnetizing field of a magnetic thin film, which increases the stability of a recording operation, whose information retention stability is high and which can be integrated highly. SOLUTION: A magnetoresistance film is formed in such a way that a first magnetic layer 1 which is circular cylinder-shaped or square tube-shaped and which has a low coercive force and a second magnetic layer 2 which is circular-cylinder-shaped or square tube-shaped and which has a high coercive force are laminated via a nonmagnetic layer 3. A magnetic thin-film memory element is featured in such a way that the magnetoresistance film whose easy axis of magnetization is counterclockwise or clockwise is provided, that a write selection line 4 which is installed at the magnetoresistance film via an insulator and which is composed of a good conductor is provided and that the magnetization direction of the first magnetic layer 1 or the second magnetic layer 2 is decided by a magnetic field generated when a current flows to the magnetization film in a direction perpendicular to its film face and by a magnetic field generated when a current flows to the write selection line 4. A recording and reproducing method is used for the magnetic thin-film memory element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁化の向きによっ
て情報を記録し、磁気抵抗効果によって再生する磁性薄
膜メモリ素子およびその記録再生方法及び画像録画再生
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic thin film memory element for recording information according to the direction of magnetization and reproducing the information by a magnetoresistance effect, a recording / reproducing method thereof, and an image recording / reproducing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁性薄膜メモリは、半導体メモリと同じ
く稼働部の無い固体メモリであるが、電源が断たれても
情報を失わない、繰り返し書換回数が無限回である、放
射線が入射すると記録内容が消失するという危険性が無
い等、半導体メモリと比較して有利な点がある。特に近
年、巨大磁気抵抗(GMR)効果を利用した磁性薄膜メ
モリは、従来から提案されている異方性磁気抵抗効果を
用いた磁性薄膜メモリと比較して、大きな出力が得られ
るため注目されている。
2. Description of the Related Art Like a semiconductor memory, a magnetic thin film memory is a solid-state memory having no operation part, but does not lose information even if power is cut off, has an infinite number of rewrites, and records contents when radiation is incident. There is an advantage in comparison with a semiconductor memory, for example, there is no danger of disappearing. In particular, in recent years, a magnetic thin film memory using the giant magnetoresistance (GMR) effect has attracted attention because a large output can be obtained as compared with a conventionally proposed magnetic thin film memory using the anisotropic magnetoresistance effect. I have.

【0003】例えば日本応用磁気学会誌VOL20、P
22(1996)には、図10に示すような硬質磁性膜
HM/非磁性膜NM/軟磁性膜SM/(非磁性膜NM)
なる構成要素を複数回積層してメモリー素子とした固体
メモリーが提案されている。このメモリー素子には、金
属導体と接合されたセンス線Sが、また、絶縁膜Iによ
ってセンス線Sと絶縁されたワード線Wが各々設けられ
ており、このワード線電流及びセンス線電流によって発
生する磁界により情報の書き込みを行う。
For example, the journal of the Japan Society of Applied Magnetics, VOL20, P
22 (1996), the hard magnetic film HM / nonmagnetic film NM / soft magnetic film SM / (nonmagnetic film NM) as shown in FIG.
A solid-state memory has been proposed in which a memory element is formed by laminating constituent elements a plurality of times. This memory element is provided with a sense line S joined to a metal conductor and a word line W insulated from the sense line S by an insulating film I. The sense line current generated by the word line current and the sense line current is generated. Information is written by a changing magnetic field.

【0004】具体的には、図11に示すように、ワード
線Wに電流Iを流し、電流の向きIDによって異なる方
向の磁界を発生させて、硬質磁性膜HMの磁化反転を行
い、メモリー状態“0”、“1”の記録を行う。例えば
同図(a)に示すように正の電流を流して右向きの磁界
を発生させ、同図(b)に示すように硬質磁性膜HMに
“1”の記録を行い、また例えば同図(c)に示すよう
に負の電流を流して左向きの磁界を発生させ、同図
(d)に示すように硬質磁性膜HMに“0”の記録を行
う。
More specifically, as shown in FIG. 11, a current I is applied to a word line W to generate a magnetic field in a different direction depending on the direction ID of the current. “0” and “1” are recorded. For example, as shown in FIG. 3A, a positive current is applied to generate a rightward magnetic field, and as shown in FIG. 3B, "1" is recorded on the hard magnetic film HM. As shown in (c), a negative current is passed to generate a leftward magnetic field, and "0" is recorded on the hard magnetic film HM as shown in (d) of FIG.

【0005】情報の読み出しは、図12に示すように、
ワード線Wに記録電流より小さい電流Iを流して軟磁性
膜SMの磁化反転のみを起こし、その際の抵抗変化を測
定することにより行なう。ここで巨大磁気抵抗効果を利
用すれば、軟磁性膜SMと硬質磁性膜HMの磁化が平行
の場合と反平行の場合で抵抗値が異なるので、その時生
ずる抵抗変化により“1”、“0”のメモリー状態を判
別することができる。具体的には、図12(a)に示す
ような正から負のパルスを印加すると、軟磁性膜SMは
右向きから左向きになり、メモリー状態“1”に対して
は、同図(b)のように小さい抵抗値から同図(c)の
ように大きい抵抗値に変化し、メモリー状態“0”に対
しては、同図(d)のように大きい抵抗値から同図
(e)のように小さい抵抗値に変化する。このようにし
て抵抗の変化を読みとれば、記録後の軟磁性膜SMの磁
化状態に関わらず硬質磁性膜HMに記録した情報の読み
出しが可能となり、即ち非破壊読み出しが可能となる。
[0005] Information is read out as shown in FIG.
A current I smaller than the recording current is caused to flow through the word line W to cause only the magnetization reversal of the soft magnetic film SM, and the resistance change at that time is measured. Here, if the giant magnetoresistance effect is used, the resistance value differs between the case where the magnetization of the soft magnetic film SM and the hard magnetic film HM are parallel and the case where the magnetization is antiparallel. Can be determined. Specifically, when a positive to negative pulse as shown in FIG. 12A is applied, the soft magnetic film SM turns from right to left, and for the memory state “1”, the soft magnetic film SM in FIG. The resistance value changes from a small resistance value to a large resistance value as shown in FIG. 4C, and for the memory state “0”, the resistance value changes from a large resistance value as shown in FIG. Changes to a small resistance value. If the change in resistance is read in this manner, the information recorded on the hard magnetic film HM can be read regardless of the magnetization state of the soft magnetic film SM after recording, that is, nondestructive reading can be performed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の磁
性薄膜メモリは、ビットセルの面積を小さくするに伴っ
て、磁性層内部で生じる反磁界(自己減磁界)が無視で
きなくなり、記録保持する磁性層の磁化方向が一方向に
定まらず不安定となってしまう。従って上記構成の磁性
薄膜メモリは、ビットセルを微細化するほど情報の保存
が困難となるので、高集積化が不可能という欠点が有っ
た。さらに、記録電流から発生する磁界が十分でないた
め、記録が不安定になったり、情報保存の安定性に欠け
るという欠点が有った。
However, in the magnetic thin film memory having the above structure, the demagnetizing field (self-demagnetizing field) generated inside the magnetic layer cannot be neglected as the area of the bit cell is reduced, and the magnetic thin film memory for recording and holding is not able to be stored. The magnetization direction of the layer is not determined in one direction and becomes unstable. Therefore, the magnetic thin film memory having the above-described structure has a disadvantage that it is difficult to store information as the bit cell is miniaturized, so that high integration is impossible. In addition, the magnetic field generated from the recording current is insufficient, so that recording becomes unstable and information storage stability is poor.

【0007】本発明は、これらの点に鑑み、ビットセル
を微細化する際に問題となる磁性薄膜の反磁界を無く
し、さらに、十分な磁界を発生させることを可能にして
記録の安定性を高め、情報保存の安定性の高い、高集積
化可能な磁性薄膜メモリ素子およびその記録再生方法及
び画像録画再生装置を提供することを目的とする。
In view of the above, the present invention eliminates the demagnetizing field of the magnetic thin film, which is a problem when miniaturizing a bit cell, and furthermore, can generate a sufficient magnetic field to improve the stability of recording. It is another object of the present invention to provide a magnetic thin film memory element having high information storage stability and high integration, a recording / reproducing method thereof, and an image recording / reproducing apparatus.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の磁性薄膜メモリ
素子は、円筒型あるいは角形筒状型で低い保磁力を有す
る第1磁性層と円筒型あるいは角形筒状型で高い保磁力
を有する第2磁性層が非磁性層を介して積層されてなる
磁気抵抗膜であって、該第1磁性層及び該第2磁性層は
左回りもしくは右回りに容易軸を有する磁気抵抗膜、及
び、該磁気抵抗膜に絶縁体を介して設けられた良導体か
らなる書込み選択線を有してなり、該磁気抵抗膜に膜面
と垂直な方向に電流を流して生じる磁界と、該書込み選
択線に電流を流して生じる磁界とで、第1磁性層もしく
は第2磁性層の磁化方向が決定されることを特徴とする
磁性薄膜メモリ素子である。
According to the present invention, there is provided a magnetic thin film memory element having a first magnetic layer having a low coercive force in a cylindrical or rectangular cylindrical shape and a first magnetic layer having a high coercive force in a cylindrical or rectangular cylindrical shape. A magnetoresistive film in which two magnetic layers are stacked with a nonmagnetic layer interposed therebetween, wherein the first magnetic layer and the second magnetic layer have a counterclockwise or clockwise easy axis; A magnetic field generated by passing a current through the magnetoresistive film in a direction perpendicular to the film surface, the magnetic field being generated by flowing a current through the magnetoresistive film via an insulator; The magnetic thin film memory element is characterized in that a magnetization direction of the first magnetic layer or the second magnetic layer is determined by a magnetic field generated by flowing the magnetic thin film.

【0009】また本発明の記録方法は、本発明の磁性薄
膜メモリ素子の磁気抵抗膜に膜面と垂直な方向に電流を
流して生じる磁界と、該磁性薄膜メモリ素子の書込み選
択線に電流を流して生じる磁界とで、該磁性薄膜メモリ
素子の第1磁性層もしくは第2磁性層の磁化方向を決定
することを特徴とする磁性薄膜メモリ素子の記録方法で
ある。
Further, according to the recording method of the present invention, there is provided a magnetic field generated by flowing a current in a direction perpendicular to a film surface of a magnetoresistive film of a magnetic thin film memory element of the present invention, and a current flowing through a write selection line of the magnetic thin film memory element. A recording method for a magnetic thin film memory element, characterized in that a magnetization direction of a first magnetic layer or a second magnetic layer of the magnetic thin film memory element is determined by a magnetic field generated by flowing.

【0010】また本発明の再生方法は、本発明の磁性薄
膜メモリ素子の磁気抵抗膜に、膜面と垂直な方向に電流
を流し抵抗を測定することで“0”と“1”の磁化情報
を検出することを特徴とする磁性薄膜メモリ素子の再生
方法である。
Further, according to the reproducing method of the present invention, a current is applied to the magnetoresistive film of the magnetic thin film memory element of the present invention in a direction perpendicular to the film surface and the resistance is measured to obtain the magnetization information of "0" and "1". Is a method of reproducing a magnetic thin film memory element, characterized by detecting

【0011】本発明の磁性薄膜メモリ素子においては、
磁性膜が円筒型あるいは角形筒状型構造で閉磁路となっ
ているため、反磁界を無くすことが可能で、安定に磁化
情報を保存できる。このため1ビットのセル幅を小さく
することができ、集積度が高い磁性薄膜メモリを実現す
ることができる。また隣接セルに漏洩磁界が漏れ出さな
いため、より安定に情報の記録再生を行うことが可能と
なる。
In the magnetic thin film memory element of the present invention,
Since the magnetic film has a closed magnetic path with a cylindrical or rectangular cylindrical structure, the demagnetizing field can be eliminated, and the magnetization information can be stably stored. Therefore, the cell width of one bit can be reduced, and a magnetic thin film memory with a high degree of integration can be realized. Further, since the leakage magnetic field does not leak to the adjacent cells, it is possible to more stably record and reproduce information.

【0012】さらに、このメモリ素子を多重に積層して
構成すれば、単位面積当たりの集積度が飛躍的に向上す
るため、記録の安定性が高く、大容量の不揮発固体メモ
リの実現が可能となる。
Furthermore, if this memory element is formed by stacking multiple layers, the degree of integration per unit area is dramatically improved, so that a high-capacity nonvolatile solid-state memory with high recording stability can be realized. Become.

【0013】また、本発明の画像録画装置は、被写体の
像を光電変換素子上に結像させるレンズ群、結像された
像を電気信号に変換する光電変換素子、及び前記電気信
号を記録する記録媒体を少なくとも備え、記録媒体とし
て上記メモリ素子を多重に積層した磁性薄膜メモリを用
いるものである。
Further, the image recording apparatus of the present invention has a lens group for forming an image of a subject on a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element for converting the formed image into an electric signal, and records the electric signal. At least a recording medium is used, and a magnetic thin film memory in which the above-mentioned memory elements are stacked in multiple layers is used as the recording medium.

【0014】本発明の画像再生装置は、上記メモリ素子
を多重に積層した磁性薄膜メモリに画像が電気信号とし
て記憶されており、この磁性薄膜メモリから電気信号を
読み出して、この電気信号を画像として表示するもので
ある。
According to the image reproducing apparatus of the present invention, an image is stored as an electric signal in a magnetic thin film memory in which the above-mentioned memory elements are multiplexed, and the electric signal is read out from the magnetic thin film memory, and the electric signal is converted into an image. To display.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0016】図1は、本発明の磁性薄膜メモリ素子の一
例を示す図である。同図において、1は第1磁性層、2
は第2磁性層、3は非磁性層で、矢印は各磁性層におけ
る磁化方向を示している。第1磁性層及び第2磁性層は
円筒型であり、その磁化は円筒にそって環状に配向して
いる。このため、従来の媒体(図10〜図12)と異な
り、磁極が端面に出ることがなく、安定した磁化の保存
ができる。また円筒型の磁性膜の近傍には、絶縁体(不
図示)を介して、書込み選択線4が設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the magnetic thin film memory element of the present invention. In the figure, 1 is a first magnetic layer, 2
Indicates a second magnetic layer, 3 indicates a non-magnetic layer, and arrows indicate magnetization directions in the respective magnetic layers. The first magnetic layer and the second magnetic layer are cylindrical, and their magnetization is annularly oriented along the cylinder. Therefore, unlike the conventional medium (FIGS. 10 to 12), the magnetic pole does not come out to the end face, and stable magnetization can be stored. In the vicinity of the cylindrical magnetic film, a write selection line 4 is provided via an insulator (not shown).

【0017】本発明の磁性薄膜メモリ素子は、第1磁性
層と第2磁性層の磁化が平行の時は低い抵抗値を示し、
反平行の時は高い抵抗値を示す。よって、第1磁性層と
第2磁性層の磁化方向によって、メモリ素子の抵抗値が
異なり、記録された磁化情報を読み出すことができる。
The magnetic thin film memory element of the present invention exhibits a low resistance value when the magnetizations of the first magnetic layer and the second magnetic layer are parallel,
It shows a high resistance value when antiparallel. Therefore, the resistance value of the memory element differs depending on the magnetization direction of the first magnetic layer and the second magnetic layer, and the recorded magnetization information can be read.

【0018】なお、第1磁性層及び第2磁性層は円筒型
に限らず、閉磁路構造となっていればよく、角形の筒状
型、例えば図13(a)に示す四角形の筒状型でもよ
い。ただし、円筒型が、最も磁化方向の曲率最大値が小
さいので最も好ましい。
The first magnetic layer and the second magnetic layer are not limited to the cylindrical type and may have a closed magnetic circuit structure. For example, a square cylindrical type, for example, a square cylindrical type shown in FIG. May be. However, the cylindrical type is the most preferable because the maximum value of the curvature in the magnetization direction is the smallest.

【0019】“0”、“1”の磁化情報は、第1磁性層
もしくは第2磁性層の磁化方向が左回りもしくは右回り
のどちらかに対応して記録される。情報の記録は、主
に、膜面に対して垂直方向に電流を流し、発生する磁界
によって第1磁性層もしくは第2磁性層の磁化を反転さ
せて行う。例えば、図1において、第1磁性層から第2
磁性層に電流を流せば、上部から見て右回りの磁界が発
生するので、第2磁性層を右回りの磁化方向にすること
ができる。
The magnetization information of "0" and "1" is recorded according to whether the magnetization direction of the first magnetic layer or the second magnetic layer is clockwise or counterclockwise. Recording of information is mainly performed by flowing a current in a direction perpendicular to the film surface and inverting the magnetization of the first magnetic layer or the second magnetic layer by the generated magnetic field. For example, in FIG.
When a current is passed through the magnetic layer, a clockwise magnetic field is generated when viewed from above, so that the second magnetic layer can have a clockwise magnetization direction.

【0020】本発明の磁性薄膜メモリ素子においては、
この膜面垂直の電流とともに、書込み選択線4にも電流
を流して磁界を発生させる。書込み選択線4に電流を流
すと、図2に示すように膜面に対して垂直に磁界が発生
する。図2において、400は電流の方向を表す記号で
ある。この磁界は、メモリ素子の磁化方向と垂直である
ため、磁化方向を決めることはできないが、磁化反転を
容易にする作用を奏し、膜面垂直電流を低減することが
できる。
In the magnetic thin film memory element of the present invention,
Along with the current perpendicular to the film surface, a current is applied to the write selection line 4 to generate a magnetic field. When a current flows through the write selection line 4, a magnetic field is generated perpendicular to the film surface as shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 400 denotes a symbol indicating the direction of the current. Since this magnetic field is perpendicular to the magnetization direction of the memory element, the magnetization direction cannot be determined. However, the magnetic field has an effect of facilitating the magnetization reversal, and the current perpendicular to the film surface can be reduced.

【0021】記録の際に第1磁性層が反転するか第2磁
性層が反転するかは、媒体のタイプによって異なる。
Whether the first magnetic layer is inverted or the second magnetic layer is inverted during recording depends on the type of medium.

【0022】第1のタイプは、「メモリ層(第1磁性
層)/非磁性層/ピン層(第2磁性層)」とする構成で
ある。これは、第1磁性層を磁化情報が保存されるメモ
リ層、第2磁性層をその磁化方向が磁化情報に依存せず
保存時、記録時、再生時、のいずれの状態でも常に一定
に保たれているピン層とする場合で、記録は第1磁性層
の磁化を反転させて行う。再生は、後述するように、磁
性層の磁化反転は行わずに抵抗値の絶対値を検出して行
う。
The first type has a structure of “memory layer (first magnetic layer) / nonmagnetic layer / pinned layer (second magnetic layer)”. This means that the first magnetic layer is always kept constant in the memory layer in which the magnetization information is stored, and the second magnetic layer is always kept constant in any state of storage, recording, and reproduction without depending on the magnetization direction. When a pinned layer is provided, recording is performed by reversing the magnetization of the first magnetic layer. The reproduction is performed by detecting the absolute value of the resistance value without performing the magnetization reversal of the magnetic layer, as described later.

【0023】第2のタイプは、「検出層(第1磁性層)
/非磁性層/メモリ層(第2磁性層)」とする構成であ
る。これは、第1磁性層を読みだし時に相対検出させる
ために反転させる検出層、第2磁性層を磁化情報が保存
されるメモリ層とする場合で、記録は第2磁性層の磁化
を反転させて行う。
The second type is a “detection layer (first magnetic layer)
/ Non-magnetic layer / memory layer (second magnetic layer) ". This is a case where the first magnetic layer is a detection layer that is inverted for relative detection at the time of reading, and the second magnetic layer is a memory layer that stores magnetization information. Recording is performed by reversing the magnetization of the second magnetic layer. Do it.

【0024】上記のいずれの場合にも、第1磁性層は低
い保磁力を有し、第2磁性層は、第1磁性層よりも高い
保磁力を有している。
In any of the above cases, the first magnetic layer has a low coercive force, and the second magnetic layer has a higher coercive force than the first magnetic layer.

【0025】書込み選択線は、磁性膜の左右どちらにお
いてもよく、図3に示すように、磁性膜の両側に置いて
もよい。書込み選択線41と42に逆向きの電流を流せ
ば磁性膜にかかる垂直磁界を大きくすることができ、よ
り磁化反転しやすくなる。また、上述の「検出層(第1
磁性層)/非磁性層/メモリ層(第2磁性層)」におい
て、再生時は1つの書込み選択線のみに電流を流し、記
録時には両方の書込み選択線に電流を流せば、再生時と
記録時の電流マージンを広げることができ、再生時に誤
記録の無い安定した動作を行うことができる。
The write selection line may be provided on either the left or right side of the magnetic film, and may be provided on both sides of the magnetic film as shown in FIG. When a reverse current is applied to the write selection lines 41 and 42, the vertical magnetic field applied to the magnetic film can be increased, and the magnetization can be more easily reversed. In addition, the “detection layer (first
Magnetic layer) / non-magnetic layer / memory layer (second magnetic layer), a current flows through only one write select line during reproduction, and a current flows through both write select lines during recording. The current margin at the time can be expanded, and a stable operation without erroneous recording at the time of reproduction can be performed.

【0026】図4は本発明の磁性薄膜メモリ素子の別の
例を示す図である。図4で、第1磁性層1及び第2磁性
層2の中心部には、図5もしくは図13(b)に詳しく
示すように絶縁体6に囲まれた導電体からなる書込み決
定線5が設けられている。この書込み決定線5は、記録
の際に電流を流して磁化反転させるためのもので、磁性
層よりも伝導率の高いものを用いる。絶縁体6は、書込
み決定線5と磁性層が電気的に接触するのを防ぐために
設けられたものである。但し、絶縁体5の厚みが厚い場
合、書込み決定線5と磁性層の距離が遠くなって磁性層
に印加できる磁界が小さくなるので、絶縁できる程度に
できるだけ薄い方がよい。また図4(a)に示すように
書込み選択線4を一つ設けてもよく、図4(b)に示す
ように、書込み選択線41と書込み選択線42を両方設
けてもよい。
FIG. 4 is a view showing another example of the magnetic thin film memory element of the present invention. In FIG. 4, a write decision line 5 made of a conductor surrounded by an insulator 6 is provided at the center of the first magnetic layer 1 and the second magnetic layer 2 as shown in detail in FIG. Is provided. The write decision line 5 is used to reverse the magnetization by flowing a current at the time of recording, and has a higher conductivity than the magnetic layer. The insulator 6 is provided to prevent the write decision line 5 from making electrical contact with the magnetic layer. However, when the thickness of the insulator 5 is large, the distance between the write decision line 5 and the magnetic layer becomes long and the magnetic field that can be applied to the magnetic layer becomes small. Further, one write selection line 4 may be provided as shown in FIG. 4A, and both the write selection line 41 and the write selection line 42 may be provided as shown in FIG.

【0027】図4に示した構造では、図1の構造と比較
すると、記録時には磁性層に電流が流れないので、配線
抵抗が低くなり、消費電力、記録速度に優れる。また、
再生時は書込み決定線にセンスのための電流が流れない
ようにして、第1磁性層と第2磁性層間の抵抗値を測定
すればよい。
In the structure shown in FIG. 4, since no current flows in the magnetic layer during recording as compared with the structure of FIG. 1, the wiring resistance is reduced, and the power consumption and the recording speed are excellent. Also,
At the time of reproduction, the resistance between the first magnetic layer and the second magnetic layer may be measured so that a current for sensing does not flow through the write decision line.

【0028】本発明のメモリ素子では、書込み選択線4
が設けられているため、上部にメモリ素子を積み重ねて
多重構造とすることができる。例えば、図6に示すよう
に、第1磁性層、非磁性層、第2磁性層からなる磁気抵
抗膜を2個重ねて直列構造とする。磁気抵抗膜10に記
録する場合は、書込み選択線60と磁化方向を決定する
書込み決定線5を用い、磁気抵抗膜11に記録する場合
は、書込み選択線61と書込み決定線5を用いる。この
ようにすれば、特定の膜にのみ大きな合成磁界が加わる
ので、1ビットのセル面積で2ビットの記録を行うこと
ができる。メモリ素子10とメモリ素子11の間には、
必要に応じて導体20を設けて、誤記録が無いようにす
る。
In the memory element of the present invention, the write selection line 4
Is provided, the memory elements can be stacked on top of each other to form a multiplex structure. For example, as shown in FIG. 6, two magnetoresistive films including a first magnetic layer, a nonmagnetic layer, and a second magnetic layer are stacked to form a series structure. When recording on the magnetoresistive film 10, the write select line 60 and the write decision line 5 for determining the magnetization direction are used, and when recording on the magnetoresistive film 11, the write select line 61 and the write decision line 5 are used. In this case, since a large synthetic magnetic field is applied only to a specific film, 2-bit recording can be performed with a 1-bit cell area. Between the memory element 10 and the memory element 11,
The conductor 20 is provided as needed to prevent erroneous recording.

【0029】再生は、メモリ素子10、11の両側に設
けられた導体に電流を流して抵抗値を検出する。この際
に書込み選択線60もしくは61を用いて、読みたいセ
ルの磁化を反転させて抵抗値変化をみれば、特定セルの
記録情報を検出することができる。すなわち、多重構造
とする場合には、上述の「検出層(第1磁性層)/非磁
性層/メモリ層(第2磁性層)」とするのが望ましい。
In reproduction, a current is applied to conductors provided on both sides of the memory elements 10 and 11 to detect a resistance value. At this time, the recording information of the specific cell can be detected by reversing the magnetization of the cell to be read using the write selection line 60 or 61 and observing the change in the resistance value. That is, in the case of a multi-layer structure, it is desirable to use the above-described “detection layer (first magnetic layer) / non-magnetic layer / memory layer (second magnetic layer)”.

【0030】図7のメモリは、上述の技術概念をさらに
拡張して、4個直列につないだメモリ素子を3列並べた
ものである。この場合、書込み選択線4は両側について
おり、両側のメモリセルの記録再生に兼用して使用する
こともできる。図8は、図7のメモリを上部から見たも
のである。
The memory shown in FIG. 7 is obtained by further expanding the above-mentioned technical concept and arranging three memory elements connected in series in four rows. In this case, the write selection lines 4 are provided on both sides, and can also be used for recording and reproduction of the memory cells on both sides. FIG. 8 shows the memory of FIG. 7 viewed from above.

【0031】なお、図7では、メモリ素子を4個積層し
た場合を述べたが、4個には限らず、2個以上256個
以下の範囲で積層することができる。ただし、あまり積
層回数を増やすと、信号出力が低下する、膜の平坦性が
失われる、などの問題が発生するので、積層回数は、2
個以上16個以下が望ましい。
Although FIG. 7 shows a case where four memory elements are stacked, the number of memory elements is not limited to four, but may be two or more and 256 or less. However, if the number of laminations is excessively increased, problems such as a decrease in signal output and loss of flatness of the film occur.
The number is preferably 16 or more and 16 or less.

【0032】図9は、磁気抵抗膜10と書込み選択線4
からなる本発明のメモリ素子を、トランジスタと接続し
た半導体ハイブリッド構造のメモリを示したものであ
る。メモリ素子10は4個積層し、その下端を半導体ト
ランジスタ500のドレイン電極503に接続し、上端
を一定電圧VDDの電極504に接続している。図示し
ていないが、多数の同様の構造のトランジスタとメモリ
が、平面状に多数配置されることで、数Mビット、数G
ビット以上の大容量メモリを作製することができる。
FIG. 9 shows the magnetoresistive film 10 and the write selection line 4.
Is a memory having a semiconductor hybrid structure in which the memory element of the present invention is connected to a transistor. The four memory elements 10 are stacked, and the lower end is connected to the drain electrode 503 of the semiconductor transistor 500, and the upper end is connected to the electrode 504 of the constant voltage VDD. Although not shown, a large number of transistors and memories having the same structure are arranged in a large number in a plane, so that several M bits, several G
A large-capacity memory of more than one bit can be manufactured.

【0033】この半導体素子は、ゲート電極502とソ
ース電極501からなり、多くの素子の中から、特定の
メモリ素子を選択することができる。選択後は、先に述
べた方法によって、多重に積層された素子の中から特定
のメモリ素子の情報を記録及び再生することが可能であ
る。再生信号は、ソース電極から取り出してセンスアン
プで増幅する。
This semiconductor element comprises a gate electrode 502 and a source electrode 501, and a specific memory element can be selected from many elements. After the selection, it is possible to record and reproduce information of a specific memory element from the multiplexed elements by the method described above. The reproduced signal is taken out from the source electrode and amplified by the sense amplifier.

【0034】記録の際には、少なくとも5 Oe以上の磁
界が発生することが望ましい。さらに望ましくは10 O
e以上の磁界が発生することが望ましい。これは、磁界
が小さすぎると、磁性薄膜メモリ素子の保磁力も小さく
する必要が生じ、安定な記録情報の保持が難しくなるか
らである。大きな磁界を発生させるためには、電流を多
く流せばよいが、配線材料の限界電流密度を超えると、
エレクトロマイグレーションが起きて配線が断線しやす
くなり、また電流値が大きくなると、デバイスの消費電
力が大きくなってしまう。
At the time of recording, it is desirable to generate a magnetic field of at least 5 Oe. More preferably, 10 O
It is desirable to generate a magnetic field of e or more. This is because if the magnetic field is too small, it is necessary to reduce the coercive force of the magnetic thin film memory element, and it becomes difficult to stably hold recorded information. In order to generate a large magnetic field, a large amount of current only needs to flow, but if the current density exceeds the limit current density of the wiring material,
When electromigration occurs, the wiring is easily broken, and when the current value increases, the power consumption of the device increases.

【0035】半導体デバイスで用いられる配線材料のう
ち、比較的大きな限界電流密度を持つ材料であるタング
ステン線の限界電流密度は20mA/μm2であり、ま
た消費電力の増加、デバイスの発熱等を抑えるのに望ま
しい電流は1mA程度である。
Among the wiring materials used in semiconductor devices, the tungsten wire, which is a material having a relatively large limit current density, has a limit current density of 20 mA / μm 2 , and suppresses an increase in power consumption, device heat generation, and the like. A desirable current is about 1 mA.

【0036】記録に必要な5 Oe以上の磁界を発生させ
るためには、記録電流が流れる電流路は少なくとも0.
05μm以上の長さにすればよく、電流路長さが長くな
るほど、記録が可能な電流路の半径の範囲を広げること
ができる。
In order to generate a magnetic field of 5 Oe or more required for recording, the current path through which the recording current flows must be at least 0.
The length of the current path may be 05 μm or more, and the longer the current path length, the wider the range of the radius of the current path that can be recorded.

【0037】よって、必要な記録磁界5 Oeを発生させ
るためには、記録電流路の長さは0.05μmの長さが
必要となる。好ましくは0.1μm以上、さらに好まし
くは0.15μm以上、さらに好ましくは0.20μm
以上がよい。
Therefore, in order to generate a necessary recording magnetic field of 5 Oe, the length of the recording current path needs to be 0.05 μm. Preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.15 μm or more, more preferably 0.20 μm
The above is good.

【0038】また、電流路の長さは、あまり長くすると
膜厚が厚くなるので、成膜に時間がかかるようになる。
また、電流路が基板面に垂直にならず傾いてしまうなど
して、隣接するメモリ素子に誤って記録するなどの誤動
作の原因となる。このため、電流路の長さは2μm以
下、好ましくは、1μm以下、さらに望ましくは、0.
5μm以下がよい。
On the other hand, if the length of the current path is too long, the film thickness becomes large, so that it takes a long time to form the film.
In addition, the current path may not be perpendicular to the substrate surface and may be inclined, thereby causing a malfunction such as erroneous recording in an adjacent memory element. Therefore, the length of the current path is 2 μm or less, preferably 1 μm or less, and more preferably 0.1 μm or less.
5 μm or less is preferred.

【0039】本発明の磁気抵抗膜は、再生時の電流を膜
面に対して垂直に流すCPP(Current Perpendicular
to the film Plane)−MR(Magneto-Resistance)効
果を用いる。このCPP−MRは膜面に平行に電流を流
すCIP(Current In-planeto the film Plane)−M
R効果よりも伝導電子が界面を横切る確率が増えるた
め、大きな抵抗変化率が得られる信号検出感度を高くす
ることができる。
In the magnetoresistive film of the present invention, a CPP (Current Perpendicular) in which a current at the time of reproduction flows perpendicular to the film surface.
to the film Plane) -Magneto-Resistance (MR) effect is used. This CPP-MR is a CIP (Current In-plane to the film Plane) -M which allows a current to flow parallel to the film surface.
Since the probability of conduction electrons crossing the interface increases more than the R effect, the signal detection sensitivity for obtaining a large resistance change rate can be increased.

【0040】膜構成としては、スピントンネル膜構成と
スピン散乱膜構成をとることができる。そして、前述の
「メモリ層/非磁性層/ピン層」、「検出層/非磁性層
/メモリ層」のいずれの構成にもそれぞれ適用できる。
但し、スピントンネル膜構成とスピン散乱膜構成では、
スピントンネル膜構成を用いることが望ましい。これ
は、スピントンネル膜構成では、大きな磁気抵抗(M
R)比が得られ、また、その抵抗値を1kΩ以上とその
抵抗値を大きくすることができ、半導体スイッチング素
子のオン抵抗(約1kΩ程度)のばらつきの影響を受け
にくいためである。
As a film structure, a spin tunnel film structure and a spin scattering film structure can be adopted. The present invention can be applied to any of the above-described configurations of “memory layer / nonmagnetic layer / pin layer” and “detection layer / nonmagnetic layer / memory layer”.
However, in the spin tunnel film configuration and the spin scattering film configuration,
It is desirable to use a spin tunneling film configuration. This is because a large magnetoresistance (M
This is because the R) ratio can be obtained, and the resistance value can be increased to 1 kΩ or more, and the semiconductor switching element is hardly affected by the variation of the on-resistance (about 1 kΩ).

【0041】本発明に用いられる磁気抵抗膜の一つの例
は、スピントンネル膜構成を呈するものである。このス
ピントンネリングによる磁気抵抗効果は、第1磁性層/
非磁性層/第2磁性層の構造をなすが、非磁性層には薄
い絶縁層を用いる。そして、再生時に電流を膜面に対し
て垂直に流した際に第1磁性層から第2磁性層へ電子の
トンネル現象がおきるようにする。
One example of the magnetoresistive film used in the present invention has a spin tunnel film configuration. The magnetoresistance effect due to the spin tunneling is caused by the first magnetic layer /
It has a non-magnetic layer / second magnetic layer structure, and a thin insulating layer is used for the non-magnetic layer. Then, when a current is caused to flow perpendicularly to the film surface during reproduction, a tunnel phenomenon of electrons occurs from the first magnetic layer to the second magnetic layer.

【0042】本発明のスピントンネル型の磁性薄膜メモ
リ素子は、強磁性体金属において伝導電子がスピン偏極
を起こしているため、フェルミ面における上向きスピン
と下向きスピンの電子状態が異なっている。このような
強磁性体金属を用いて、強磁性体と絶縁体と強磁性体か
らなる強磁性トンネル接合を作ると、伝導電子はそのス
ピンを保ったままトンネルするため、両磁性層の磁化状
態によってトンネル確率が変化し、それがトンネル抵抗
の変化となって現れる。これにより、第1磁性層と第2
磁性層の磁化が平行の場合は抵抗が小さく第1磁性層と
第2磁性層の磁化が反平行の場合は抵抗が大きくなる。
上向きスピンと下向きスピンの状態密度の差が大きい方
がこの抵抗値は大きくなり、より大きな再生信号が得ら
れるので、第1磁性層と第2磁性層はスピン分極率の高
い磁性材料を用いることが望ましい。
In the spin tunneling type magnetic thin film memory element of the present invention, the conduction state of the ferromagnetic metal causes spin polarization, so that the electron states of the upward spin and the downward spin on the Fermi surface are different. When a ferromagnetic tunnel junction composed of a ferromagnetic material, an insulator, and a ferromagnetic material is made using such a ferromagnetic metal, the conduction electrons tunnel while keeping their spins. This changes the tunnel probability, which appears as a change in tunnel resistance. Thereby, the first magnetic layer and the second magnetic layer
When the magnetizations of the magnetic layers are parallel, the resistance is small, and when the magnetizations of the first magnetic layer and the second magnetic layer are antiparallel, the resistance is large.
The larger the difference between the state densities of the upward spin and the downward spin, the greater the resistance value, and a greater reproduction signal can be obtained. Therefore, the first magnetic layer and the second magnetic layer should be made of a magnetic material having a high spin polarizability. Is desirable.

【0043】具体的には、第1磁性層と第2磁性層とし
ては、フェルミ面における上下スピンの偏極量が大きい
Feを選定し、Coを第2成分として選定してすればよ
い。特に、Fe、Co、Niを主成分とした材料から選
択して用いられてなることが望ましい。好ましくは、F
e、Co、FeCo、NiFe、NiFeCo等が良
い。NiFeの元素組成は、NixFe100-xとした場
合、xは0以上82以下が望ましい。より具体的には、
Fe、Co、Ni72Fe28、Ni51Fe49、Ni42Fe
58、Ni25Fe75、Ni9Fe91等が挙げられる。
More specifically, as the first magnetic layer and the second magnetic layer, Fe having a large amount of vertical spin polarization on the Fermi surface may be selected, and Co may be selected as the second component. In particular, it is desirable to use a material containing Fe, Co, or Ni as a main component. Preferably, F
e, Co, FeCo, NiFe, NiFeCo and the like are preferable. When the element composition of NiFe is Ni x Fe 100-x , x is desirably 0 or more and 82 or less. More specifically,
Fe, Co, Ni 72 Fe 28 , Ni 51 Fe 49 , Ni 42 Fe
58 , Ni 25 Fe 75 , Ni 9 Fe 91 and the like.

【0044】さらに、第1磁性層は保持力を小さくする
ために、NiFe、NiFeCo、Fe等がより望まし
い。また、第2磁性層は、保持力を大きくするために、
Coを主成分とする材料が望ましい。
Further, the first magnetic layer is more preferably made of NiFe, NiFeCo, Fe or the like in order to reduce coercive force. Further, the second magnetic layer is used to increase the coercive force.
A material containing Co as a main component is desirable.

【0045】本発明の磁性薄膜メモリ素子の第1磁性層
及び第2磁性層の膜厚は、100Åを超え、5000Å
以下であることが望ましい。
The thicknesses of the first magnetic layer and the second magnetic layer of the magnetic thin film memory element of the present invention exceed 100 ° and 5000 °.
It is desirable that:

【0046】これは、第1に、非磁性層に酸化物を用い
る場合、酸化物の影響で、磁性層の非磁性層側の界面の
磁性が弱まり、この影響が膜厚が薄い場合大きいためで
ある。
First, when an oxide is used for the non-magnetic layer, the magnetism at the interface of the magnetic layer on the non-magnetic layer side is weakened by the effect of the oxide, and this effect is large when the film thickness is small. It is.

【0047】第2に、酸化アルミニウム非磁性層を、A
lを成膜した後に、酸素を導入して酸化させて作成する
場合、アルミニウムが数10Å残り、この影響が、磁性
層が100Å以下である場合、大きくなって適切なメモ
リ特性が得られないためである。
Second, the aluminum oxide nonmagnetic layer is
When l is formed and then oxidized by introducing oxygen, aluminum is left for several tens of degrees, and this influence is increased when the magnetic layer is less than 100 degrees, and appropriate memory characteristics cannot be obtained. It is.

【0048】第3に、特にサブミクロンにメモリ素子を
微細化した場合、第1磁性層のメモリ保持性能が、ま
た、第2磁性層の一定の磁化の保持機能が衰えるからで
ある。また厚すぎるとセルの抵抗値が大きくなりすぎる
等の問題があるので、5000Å以下が望ましく、より
望ましくは1000Å以下がよい。
Third, in particular, when the memory element is miniaturized to submicron, the memory holding performance of the first magnetic layer and the function of holding the constant magnetization of the second magnetic layer deteriorate. On the other hand, if the thickness is too large, there is a problem that the resistance value of the cell becomes too large. Therefore, the thickness is preferably 5000 ° or less, more preferably 1000 ° or less.

【0049】上述のように本発明の磁気抵抗メモリ素子
は、スピントンネリングによる磁気抵抗効果を用いるた
め、非磁性層は、電子がスピンを保持してトンネルする
ために、絶縁層にすればよい。非磁性層の全部が絶縁層
であっても、その一部が絶縁層であってもよい。一部を
絶縁層にしてその厚みを極小にすることにより、磁気抵
抗効果を更に高めることができる。非磁性金属膜を酸化
させた酸化層にする例としては、Al膜の一部を空気中
で酸化させてAl2 3 層を形成する例が挙げられる。
非磁性層は絶縁体からなり、好ましくは、酸化アルミニ
ウムAlOx、窒化アルミニウムAlNx、酸化シリコ
ンSiOx、窒化シリコンSiNxであることが望まし
い。NiOxを主成分としてもよい。これは、スピント
ンネルが起きるには、第1磁性層と第2磁性層の伝導電
子のエネルギーに、適切なポテンシャルバリアーが存在
することが必要であるが、上述の材料では、このバリア
ーを得ることが比較的容易で、製造上も有利であるから
である。
As described above, since the magnetoresistive memory element of the present invention uses the magnetoresistance effect by spin tunneling, the nonmagnetic layer may be an insulating layer for electrons to hold spins and tunnel. The entire non-magnetic layer may be an insulating layer, or a part thereof may be an insulating layer. The magnetoresistive effect can be further enhanced by forming a part of the insulating layer and minimizing its thickness. As an example of forming an oxidized layer by oxidizing a nonmagnetic metal film, there is an example of forming an Al 2 O 3 layer by oxidizing a part of an Al film in air.
The nonmagnetic layer is made of an insulator, and is preferably made of aluminum oxide AlOx, aluminum nitride AlNx, silicon oxide SiOx, or silicon nitride SiNx. NiOx may be the main component. This is because in order for spin tunneling to occur, it is necessary that an appropriate potential barrier exists for the energies of conduction electrons in the first magnetic layer and the second magnetic layer. Is relatively easy and is advantageous in production.

【0050】また、非磁性層は数10Å程度の均一な層
であって、その絶縁部分の膜厚は5Å以上30Å以下で
あることが望ましい。これは、5Å未満である場合、第
1磁性層と第2磁性層が電気的にショートしてしまう可
能性があるからであり、30Åを超える場合、電子のト
ンネル現象が起きにくくなるからである。さらに、望ま
しくは、4Å以上25Å以下であることが望ましい。よ
り望ましくは6Å以上18Å以下がよい。
The nonmagnetic layer is a uniform layer having a thickness of about several tens of degrees, and the thickness of the insulating portion thereof is desirably 5 to 30 degrees. This is because if it is less than 5 °, the first magnetic layer and the second magnetic layer may be electrically short-circuited, and if it is more than 30 °, electron tunneling is less likely to occur. . Further, it is desirable that the angle be 4 ° or more and 25 ° or less. More preferably, the angle is 6 ° or more and 18 ° or less.

【0051】本発明に用いられる磁気抵抗膜の第2の例
は、スピン散乱膜構成を呈し、スピン依存散乱により磁
気抵抗効果が生じることを特徴とする。このスピン依存
散乱による磁気抵抗効果は、第1磁性層/非磁性層/第
2磁性層の構造をなすが、非磁性層には良導体からなる
金属層を用いる。このスピン依存散乱により磁気抵抗効
果は、伝導電子の散乱がスピンによって大きく異なるこ
とに由来している。即ち磁化と同じ向きのスピンを持つ
伝導電子はあまり散乱されないため抵抗が小さくなる
が、磁化と反対向きのスピンを持つ伝導電子は散乱によ
って抵抗が大きくなる。そのため、第1磁性層と第2磁
性層の磁化が反対向きである場合は、同じ向きである場
合の抵抗値よりも大きくなる。
The second example of the magnetoresistive film used in the present invention has a spin scattering film configuration, and is characterized in that a magnetoresistive effect is generated by spin-dependent scattering. The magnetoresistive effect due to the spin-dependent scattering has a structure of a first magnetic layer / nonmagnetic layer / second magnetic layer, and a metal layer made of a good conductor is used for the nonmagnetic layer. The magnetoresistance effect due to this spin-dependent scattering is derived from the fact that the scattering of conduction electrons differs greatly depending on the spin. That is, conduction electrons having spins in the same direction as the magnetization are not scattered so much that the resistance is small, but conduction electrons having spins in the opposite direction to the magnetization have a large resistance due to scattering. Therefore, when the magnetizations of the first magnetic layer and the second magnetic layer are in opposite directions, the resistance value is larger than that in the case of the same direction.

【0052】この場合の第1磁性層と第2磁性層と非磁
性層の特徴を示す。第1磁性層は、第2磁性層と環状ル
ープを形成するとともに、第2磁性層に保存された磁化
情報を巨大磁気抵抗効果を利用して読み出すために設け
られたものである。第1磁性層はNi、Fe、Coを主
成分として用いられるか、Co、Feを主成分とするア
モルファス合金として用いられることが望ましい。例え
ばNiFe、NiFeCo、FeCo、CoFeBなど
の磁性膜からなる。NiFeの元素組成は、NixFe
100-xとした場合、xは35以上86以下が望ましい。
また、NiFeCoの元素組成は、Nix(Fe100-y
y100-xとした場合、xは10以上70以下、yは3
0以上90以下が望ましく、さらにyは60以上85以
下が望ましい。また、Co84Fe97、Co72Fe8
20等の組成を持つCoFeB等のアモルファス磁性体を
用いてもよい。
The characteristics of the first magnetic layer, the second magnetic layer, and the nonmagnetic layer in this case are shown. The first magnetic layer is provided to form an annular loop with the second magnetic layer and to read out the magnetization information stored in the second magnetic layer using the giant magnetoresistance effect. It is desirable that the first magnetic layer be used mainly with Ni, Fe, and Co, or as an amorphous alloy mainly containing Co and Fe. For example, it is made of a magnetic film of NiFe, NiFeCo, FeCo, CoFeB or the like. The elemental composition of NiFe is Ni x Fe
When 100-x is set, x is desirably 35 or more and 86 or less.
The element composition of NiFeCo is Ni x (Fe 100-y C
o y ) If 100-x , x is 10 or more and 70 or less, and y is 3
It is desirable that y is from 0 to 90, and y is desirably from 60 to 85. Further, Co 84 Fe 9 B 7 , Co 72 Fe 8 B
An amorphous magnetic material such as CoFeB having a composition such as 20 may be used.

【0053】第2磁性層は、主に磁化情報を保存する目
的で設けられたもので、“0”、“1”の情報に応じて
磁化の向きが決定される。第2磁性層は、第1磁性層と
同じく巨大磁気抵抗効果が効率的に発生すること、およ
び、安定に磁化状態を保存できることが必要である。第
2磁性層は、Fe、Coを主成分とする磁性層からなっ
ており、例えばFe、FeCo、Co等の磁性膜からな
る。また、Pt等の添加元素を加えても良い。CoにF
eを添加すると保磁力は小さくなり、Ptを添加すると
保磁力は大きくなるので、第2磁性層を例えばCo
100-x-yFexPtyとして元素組成xおよびyを調節し
て保磁力を制御すればよい。同様に第1磁性層の保磁力
もFe、Coの組成比及びPt等の添加元素の量で調節
することができる。
The second magnetic layer is provided mainly for the purpose of storing magnetization information, and the direction of magnetization is determined according to the information of "0" and "1". Like the first magnetic layer, the second magnetic layer needs to efficiently generate the giant magnetoresistance effect and to be able to stably maintain the magnetization state. The second magnetic layer is made of a magnetic layer containing Fe and Co as main components, for example, a magnetic film of Fe, FeCo, Co or the like. Further, an additional element such as Pt may be added. Co to F
When e is added, the coercive force decreases, and when Pt is added, the coercive force increases.
The coercive force may be controlled by adjusting the element compositions x and y as 100-xy F x Pty. Similarly, the coercive force of the first magnetic layer can be adjusted by the composition ratio of Fe and Co and the amount of additional elements such as Pt.

【0054】第1磁性層の膜厚は、散乱型の巨大磁気抵
抗効果が効率よく発生するように設定すればよい。CP
P−MRでは、スピンの向きを保存して動ける距離、即
ち、スピン拡散長が重要因子となる。具体的には、第1
磁性層の膜厚が電子の平均自由行程より大幅に大きくな
ると、フォノン散乱を受けてその効果が薄れるため、少
なくとも200Å以下であることが望ましい。さらに好
ましくは150Å以下がよい。しかし、薄すぎるとセル
の抵抗値が小さくなり再生信号出力が減少してしまい、
また磁化を保持できなくなるので、20Å以上が望まし
く、さらには80Å以上が望ましい。
The thickness of the first magnetic layer may be set so that the scattering type giant magnetoresistance effect is efficiently generated. CP
In P-MR, the distance that can move while preserving the spin direction, that is, the spin diffusion length, is an important factor. Specifically, the first
If the thickness of the magnetic layer is significantly larger than the mean free path of electrons, phonon scattering is exerted and the effect is reduced. Therefore, it is desirable that the thickness be at least 200 ° or less. More preferably, the angle is 150 ° or less. However, if it is too thin, the resistance value of the cell becomes small and the output of the reproduced signal decreases,
In addition, since magnetization cannot be maintained, the angle is preferably 20 ° or more, and more preferably 80 ° or more.

【0055】第2磁性層の膜厚も第1磁性層の場合と同
様に、散乱型の巨大磁気抵抗効果が効率よく発生するよ
うに設定されるため、少なくとも200Å以下であるこ
とが望ましい。さらに好ましくは150Å以下が良い。
しかしあまり薄すぎるとメモリ保持性能が劣化し、また
再生信号出力が減少してしまうセルの抵抗値が小さくな
り、また磁化を保持できなくなるので、20Å以上が望
ましく、さらには80Å以上が望ましい。
As in the case of the first magnetic layer, the thickness of the second magnetic layer is set so that the scattering type giant magnetoresistive effect can be efficiently generated. More preferably, the angle is 150 ° or less.
However, if the thickness is too small, the memory retention performance is degraded, the resistance of the cell, which reduces the output of the reproduced signal, becomes small, and the magnetization cannot be retained. Therefore, the thickness is preferably 20 ° or more, and more preferably 80 ° or more.

【0056】非磁性層は良導体からなり、好ましくは、
Cuが主成分として用いられることが、磁性層とフェル
ミエネルギー準位が近く、密着性も良いため、磁化方向
が変わるときに界面で抵抗が生じ易く大きな磁気抵抗比
を得るのに好都合である。また、非磁性層の膜厚は5Å
以上60Å以下であることが望ましい。
The non-magnetic layer is made of a good conductor.
When Cu is used as the main component, since the Fermi energy level and the magnetic layer are close to each other and the adhesion is good, resistance is easily generated at the interface when the magnetization direction changes, which is convenient for obtaining a large magnetoresistance ratio. The thickness of the nonmagnetic layer is 5 は.
It is desirable that the angle be equal to or more than 60 ° or less.

【0057】第1磁性層と非磁性層の間、もしくは第2
磁性層と非磁性層の間、もしくは第1磁性層と非磁性層
の間および第2磁性層と前記非磁性層の間にCoを主成
分とする磁性層が設けられると、磁気抵抗比が高くなる
ため、より高いS/N比が得られるため望ましい。この
場合のCoを主成分とする層の厚みは20A以下が好ま
しい。またS/Nを向上させるために、{第1磁性層/
非磁性層/第2磁性層/非磁性層}を1つのユニットと
して、このユニットを積層しても良い。積層する組数は
多い程MR比が大きくなり好ましいが、余り多くすると
MR磁性層が厚くなり電流を多く必要とする。このた
め、積層の回数は40組以下、さらに好ましくは3〜2
0組程度に設けられるのが好ましい。
Between the first magnetic layer and the non-magnetic layer, or
When a magnetic layer containing Co as a main component is provided between the magnetic layer and the non-magnetic layer, or between the first magnetic layer and the non-magnetic layer, and between the second magnetic layer and the non-magnetic layer, the magnetoresistance ratio becomes lower. This is desirable because a higher S / N ratio can be obtained. In this case, the thickness of the layer containing Co as a main component is preferably 20 A or less. Further, in order to improve S / N, {first magnetic layer /
The nonmagnetic layer / second magnetic layer / nonmagnetic layer} may be formed as one unit, and the units may be stacked. The larger the number of stacked layers, the higher the MR ratio, which is preferable. However, if the number is too large, the MR magnetic layer becomes thick and requires a large amount of current. For this reason, the number of laminations is 40 or less, more preferably 3 to 2
It is preferable to provide about 0 sets.

【0058】保磁力の制御は、例えば、CoにFeを添
加すると保磁力は小さくなり、Ptを添加すると保磁力
は大きくなるので、例えばCo100-x-yFexPtyとし
て元素組成xおよびyを調節して保磁力を制御すればよ
い。また成膜時の基板温度を高くすることによっても保
磁力を高めることができるので別の保磁力の制御方法と
して成膜時の基板温度を調節することもよい。この方法
と前述した強磁性薄膜の組成を調節する方法とを組合せ
てもよい。
[0058] Control of the coercive force, for example, coercive force becomes smaller as the addition of Fe to Co, since the coercive force is increased upon addition of Pt, the elemental composition x and y as for example Co 100-xy Fe x Pt y The coercive force may be controlled by adjustment. Since the coercive force can be increased by increasing the substrate temperature during film formation, another method of controlling the coercive force may be to adjust the substrate temperature during film formation. This method may be combined with the above-described method of adjusting the composition of the ferromagnetic thin film.

【0059】本発明の磁性薄膜メモリ素子において、第
2磁性層の非磁性層と反対側の面に接して反強磁性層を
設け、該反強磁性層と該第2磁性層が交換結合して該第
2磁性層の磁化が固定してもよい。反強磁性層との交換
結合によって、第2磁性層の保磁力を大きくすることが
可能となる。この場合、第1磁性層と第2磁性層に同じ
材料を用いることも可能であるので、保磁力を大きくす
るためにMR比を犠牲にするといったことがなく、材料
の選択の幅が広がる。反強磁性層としては酸化ニッケル
NiO、鉄マンガンFeMn、酸化コバルトCoOなど
があげられる。
In the magnetic thin film memory element of the present invention, an antiferromagnetic layer is provided in contact with the surface of the second magnetic layer opposite to the nonmagnetic layer, and the antiferromagnetic layer and the second magnetic layer are exchange-coupled. Thus, the magnetization of the second magnetic layer may be fixed. The exchange coupling with the antiferromagnetic layer makes it possible to increase the coercive force of the second magnetic layer. In this case, since the same material can be used for the first magnetic layer and the second magnetic layer, there is no need to sacrifice the MR ratio in order to increase the coercive force, and the range of material selection can be widened. Examples of the antiferromagnetic layer include nickel oxide NiO, iron manganese FeMn, and cobalt oxide CoO.

【0060】[0060]

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

【0061】<実施例1>図6の構成の磁性薄膜メモリ
素子(積層数2回)を作製した。ここで、第1磁性層の
材料はNi80Fe20、膜厚は25nm、保磁力は10 O
eとした。非磁性層の材料はAl23、膜厚は5nmと
した。第2磁性層の材料はCo、膜厚は25nm、保磁
力は20 Oeとした。書込み選択線の材料はAlとし
た。
<Example 1> A magnetic thin film memory element having the structure shown in FIG. 6 (two laminations) was manufactured. Here, the material of the first magnetic layer is Ni 80 Fe 20 , the thickness is 25 nm, and the coercive force is 10 O.
e. The material of the nonmagnetic layer was Al 2 O 3 and the thickness was 5 nm. The material of the second magnetic layer was Co, the film thickness was 25 nm, and the coercive force was 20 Oe. The material of the write selection line was Al.

【0062】この磁性薄膜メモリ素子に対して、2つの
各メモリ素子の横の書込み選択線のそれぞれに25mA
の電流を流し、電流の方向により“1”と“0”を各メ
モリ素子に記録した。
For this magnetic thin film memory element, 25 mA is applied to each of the write selection lines beside the two memory elements.
And "1" and "0" were recorded in each memory element according to the direction of the current.

【0063】記録後の磁性薄膜メモリ素子を再生するた
めに、各書込み選択線に12mAの電流を正負の方向に
流して、第1磁性層のみを反転させて磁気抵抗膜部分の
抵抗変化を測定した。その結果、記録情報に対応した抵
抗変化が得られ情報が正確に再生できた。
In order to reproduce the recorded magnetic thin film memory element, a current of 12 mA is applied to each write select line in the positive and negative directions, and only the first magnetic layer is inverted to measure the resistance change of the magnetoresistive film portion. did. As a result, a resistance change corresponding to the recorded information was obtained, and the information could be accurately reproduced.

【0064】以上説明した本発明の磁性薄膜メモリ素子
は、画像録画再生装置の記録媒体として用いることがで
きる。図14は、磁性薄膜メモリ素子を積層して成る図
9に示す固体メモリを記録媒体として用いた画像録画再
生装置の構成例を示すブロック図である。録画する場
合、レンズ系により撮像素子90上に結像し、撮像素子
からの信号をA/D変換器91によりデジタル信号に変
換し、強磁性体を用いた固体メモリを用いた記録媒体9
2に書き込む。
The magnetic thin film memory element of the present invention described above can be used as a recording medium of an image recording / reproducing apparatus. FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of an image recording / reproducing apparatus using the solid-state memory shown in FIG. 9 formed by laminating magnetic thin film memory elements as a recording medium. When recording, an image is formed on an image sensor 90 by a lens system, a signal from the image sensor is converted into a digital signal by an A / D converter 91, and a recording medium 9 using a solid-state memory using a ferromagnetic material is used.
Write to 2.

【0065】再生する場合は、記録媒体92からのデジ
タル信号をD/A変換器93でアナログ信号に変換し、
通常の処理回路にてディスプレイ94に表示する。
For reproduction, the digital signal from the recording medium 92 is converted into an analog signal by the D / A converter 93,
It is displayed on the display 94 by a normal processing circuit.

【0066】<実施例2>図9に示した固体メモリを記
録媒体として用い、図14の画像録画再生装置を実施例
を以下に説明する。
<Embodiment 2> An embodiment of the image recording / reproducing apparatus shown in FIG. 14 will be described below using the solid-state memory shown in FIG. 9 as a recording medium.

【0067】図9に示す固体メモリは、集積度を高くす
ることができるので、1GbitDRAMが作成可能な
KrFエキシマレーザーを用いる0.16μmのデザイ
ンルールで作成すると、1チップに、4Gbitの容量
の集積度が達成できる。PCMCIAタイプ2のメモリ
カードに、8個のチップを乗せることにより、4Gby
teの容量の固体メモリカードができる。搭載するチッ
プ数8個という数は、携帯機器として使用できるカード
の大きさ、消費電力、コストを考えると実用上の上限で
ある。MPEG2で圧縮した場合、現行テレビの受信品
質画像は5Mbps程度で記録できる。
The solid-state memory shown in FIG. 9 can have a high degree of integration. Therefore, when the solid-state memory is manufactured with a 0.16 μm design rule using a KrF excimer laser capable of manufacturing a 1-Gbit DRAM, a 4-Gbit capacity can be integrated into one chip. Degree can be achieved. By mounting 8 chips on a PCMCIA type 2 memory card, 4Gby
A solid memory card of te capacity can be made. The number of 8 chips to be mounted is a practical upper limit in consideration of the size, power consumption, and cost of a card that can be used as a portable device. When compressed by MPEG2, the reception quality image of the current television can be recorded at about 5 Mbps.

【0068】カードに転送するデータの書込み時間は、
スピン反転時間が2nsecであることより、チップ全
体として、選択トランジスタによるアクセス時間等を考
慮にいれても100ns以下となる。したがって、これ
らのカードに録画できる時間は1.8時間となる。その
ため、本発明の磁気抵抗膜で構成される固体メモリを記
録媒体とする画像録画装置では、動画像の記録媒体とし
て十分に使用することができる。
The writing time of the data to be transferred to the card is
Since the spin inversion time is 2 nsec, the entire chip becomes 100 ns or less even when the access time of the selection transistor is taken into consideration. Therefore, the recording time on these cards is 1.8 hours. Therefore, in the image recording device using the solid-state memory constituted by the magnetoresistive film of the present invention as a recording medium, it can be sufficiently used as a moving image recording medium.

【0069】表1(本発明の画像録画装置に用いられる
巨大磁気抵抗メモリ(GNRメモリ)と比較例であるフ
ラッシュメモリ、強誘電体メモリの容量と録画時間を示
す対比表)に、これらをまとめて示す。表中のGMR
は、図9に示す構成のGMRメモリを示す。
Table 1 (comparison table showing the capacity and recording time of the giant magnetoresistive memory (GNR memory) used in the image recording apparatus of the present invention and the flash memory and ferroelectric memory as comparative examples) is summarized. Shown. GMR in the table
Shows a GMR memory having the configuration shown in FIG.

【0070】[0070]

【表1】 [Table 1]

【0071】なお、最近の画像録画装置、特に携帯用の
ビデオカメラは、機器サイズが手のひらサイズ近くまで
小型化されている。このため記録媒体は、PCMCIA
タイプ2の半分程度の大きさにすることが好ましい。
Note that recent image recording devices, particularly portable video cameras, have been reduced in device size to near the palm size. Therefore, the recording medium is PCMCIA.
Preferably, the size is about half that of type 2.

【0072】この際には、記録容量は半分となるので、
実施例4,5に示したGMR膜を多重に積層するタイプ
のデバイスが、より本発明の特徴を生かすことができ、
より好ましいものである。
At this time, since the recording capacity is reduced to half,
The device of the type in which the GMR films shown in Examples 4 and 5 are multiply stacked can make use of the features of the present invention,
More preferred.

【0073】また、上述では、動画像を録画する場合に
ついて示したが、大容量を必要とする静止画像の場合も
同様である。
Although the case where a moving image is recorded has been described above, the same applies to a still image requiring a large capacity.

【0074】本発明の画像録画装置に用いるメモリは、
半導体スイッチング素子を設けてあり、高集積化した際
にもランダムアクセスが可能である。また、物理的に移
動する固体ヘッド等が無いので、消費電力も抑えること
ができ、摩耗による劣化もなく、小型軽量である。ま
た、スピンによる情報保存のため、ほぼ無限に繰り返し
記録再生が可能である。
The memory used in the image recording apparatus of the present invention
Since a semiconductor switching element is provided, random access is possible even when the degree of integration is increased. In addition, since there is no physically moving solid head or the like, power consumption can be suppressed, and there is no deterioration due to wear, and the device is small and lightweight. Also, since information is stored by spin, recording and reproduction can be performed almost infinitely repeatedly.

【0075】次に不揮発メモリに必要な書き換え耐久性
について以下に示す。
Next, the rewriting durability required for the nonvolatile memory will be described below.

【0076】GMRメモリでは、磁性体の原子のスピン
が反転するに伴って情報が書き換えられるため、可能な
書き換え回数は1015以上とほぼ無限大である。例とし
て書き換えのアクセス時間を200秒として転送速度5
Mbpsで「0」、「1」のデータの書き換えを繰り返
し行うと、1015回とは、約6年間以上、連続に書き換
えを行ったことに相当する。したがって、本発明の画像
録画装置では、実質的に無限回、繰り返し録画が可能で
ある。
In a GMR memory, information is rewritten as the spins of the atoms of the magnetic material are reversed, so that the number of possible rewrites is almost infinite at 10 15 or more. For example, assuming that the access time for rewriting is 200 seconds, the transfer speed is 5
When rewriting the data of “0” and “1” at Mbps is repeated, 10 15 times corresponds to continuous rewriting for about 6 years or more. Therefore, with the image recording device of the present invention, it is possible to repeatedly record substantially infinite times.

【0077】表2(本発明の画像録画装置に用いられる
巨大磁気抵抗メモリ(GMRメモリ)と比較例であるフ
ラッシュメモリ、強誘電体メモリの書き換え耐久性を示
す対比表)に、これらをまとめて示す。表中のGMR
は、図9に示す構成のGMRメモリを示す。
Table 2 (comparison table showing the rewriting durability of the giant magnetoresistive memory (GMR memory) used in the image recording apparatus of the present invention and the flash memory and ferroelectric memory as comparative examples) is summarized. Show. GMR in the table
Shows a GMR memory having the configuration shown in FIG.

【0078】[0078]

【表2】 [Table 2]

【0079】以下に、表1及び表2に示した比較例1及
び2に関して説明する。
Hereinafter, Comparative Examples 1 and 2 shown in Tables 1 and 2 will be described.

【0080】<比較例1>フラッシュメモリを用いて実
施例2と同じ記録を行った。フラッシュメモリでは、高
集積化は、256Mbitまでできる。しかしトンネル
膜を電子が通過してフローディングゲートに電子を注入
するが、このトンネル膜は、情報保存のときには、電子
がぬけないように厚くする必要がある。そのため、厚い
トンネル膜を通過するのに時間がかかり、結果として書
込み速度は、チップあたり1msecとかなり記録速度
が遅い。したがって、動画像の記録は不可能であった。
<Comparative Example 1> The same recording as in Example 2 was performed using a flash memory. In a flash memory, high integration can be performed up to 256 Mbit. However, electrons pass through the tunnel film and inject electrons into the loading gate. When storing information, the tunnel film needs to be thick so that the electrons do not escape. Therefore, it takes time to pass through the thick tunnel film, and as a result, the writing speed is 1 msec per chip, and the recording speed is considerably low. Therefore, recording of a moving image was impossible.

【0081】フラッシュメモリの書き換え耐久性につい
て以下に示す。上述のようにフラッシュメモリでは、記
録時に厚いトンネル膜を電子が通過するため、書き換え
頻度が106以下で劣化する。実施例2と同様に書き換
えのアクセス時間を200秒として転送速度5Mbps
で「0」、「1」のデータの書き換えを繰り返し行う
と、106回とは、0.2秒間連続に書き換えを行った
ことに相当する。したがって、フラッシュメモリでは耐
久性よく記録することができない。
The rewriting durability of the flash memory will be described below. The flash memory as described above, for electronic thick tunneling film during recording passes, rewriting frequency is degraded at 106 or less. As in the second embodiment, the transfer speed is 5 Mbps with the access time for rewriting set to 200 seconds.
In "0", the repeated rewriting of data of "1", and is 10 6 times, corresponding to that of rewriting a continuous 0.2 seconds. Therefore, recording cannot be performed with high durability in a flash memory.

【0082】<比較例2>強誘電体メモリを用いて実施
例2と同じ記録を行った。強誘電体メモリは、比較的高
速に記録することができるが、集積度は、4Mbitを
超えるクラスで大きな課題がある。これは、結晶材料の
ため、高温の熱処理が必要であるため、容量部が作成し
にくいことがある。4Mbyteのカードに記録した場
合、7秒しか記録できず、実用化は難しい。
<Comparative Example 2> The same recording as in Example 2 was performed using a ferroelectric memory. The ferroelectric memory can record at a relatively high speed, but there is a big problem in the degree of integration in a class exceeding 4 Mbit. Since a high-temperature heat treatment is necessary because of a crystalline material, it may be difficult to form a capacitance portion. In the case of recording on a 4 Mbyte card, only 7 seconds can be recorded, and practical use is difficult.

【0083】強誘電体メモリの書き換え耐久性について
以下に示す。上述のように強誘電体メモリでは、特定の
原子の位置が結晶格子内で移動し、その際の分極によっ
て情報を記録する。したがって、繰り返し記録すると、
次第に原子位置が中間のところで安定に保持されるよう
になって、分極量が減少してしまい、書き換え頻度が1
11以下で劣化する。
The rewriting durability of the ferroelectric memory will be described below. As described above, in a ferroelectric memory, the position of a specific atom moves in a crystal lattice, and information is recorded by polarization at that time. Therefore, when repeatedly recorded,
Gradually, the atomic position is stably held at an intermediate position, the amount of polarization decreases, and the frequency of rewriting becomes 1
Deterioration occurs below 0 11 .

【0084】実施例2と同様に書き換えのアクセス時間
を200秒として転送速度5Mbpsで「0」、「1」
のデータの書き換えを繰り返し行うと、1011回とは、
5時間36分連続に書き換えを行ったことに相当する。
したがって、強誘電体メモリでは耐久性よく記録するこ
とができない。
As in Embodiment 2, "0" and "1" at a transfer rate of 5 Mbps with a rewrite access time of 200 seconds.
When you do repeatedly rewriting of the data, the 10 11 times,
This corresponds to rewriting continuously for 5 hours and 36 minutes.
Therefore, recording cannot be performed with high durability in the ferroelectric memory.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビットセルを微細化する際に問題となる磁性薄膜の反磁
界を無くし、さらに、十分な磁界を発生させることを可
能にして記録の安定性を高め、情報保存の安定性の高
い、高集積化可能な磁性薄膜メモリ素子およびその記録
再生方法及び画像録画再生装置を提供できる。
As described above, according to the present invention,
Eliminates the demagnetizing field of the magnetic thin film, which is a problem when miniaturizing bit cells, and furthermore, it is possible to generate a sufficient magnetic field to improve the stability of recording, and the high stability of information storage and high integration It is possible to provide a magnetic thin film memory element, a recording and reproducing method thereof, and an image recording and reproducing apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一形態である磁性薄膜メモリ素子の説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a magnetic thin film memory element which is one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一形態である磁性薄膜メモリ素子の断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a magnetic thin film memory element which is one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一形態である磁性薄膜メモリ素子の断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a magnetic thin film memory element which is one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一形態である磁性薄膜メモリ素子の断
面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a magnetic thin film memory element which is one embodiment of the present invention.

【図5】図4の円筒型の磁性膜を示した図である。FIG. 5 is a view showing the cylindrical magnetic film of FIG. 4;

【図6】本発明の一形態である磁性薄膜メモリの断面図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a magnetic thin film memory according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一形態である磁性薄膜メモリの断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a magnetic thin film memory according to one embodiment of the present invention.

【図8】図7を上面から見た図である。FIG. 8 is a view of FIG. 7 as viewed from above.

【図9】本発明の一形態である磁性薄膜メモリ素子の断
面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a magnetic thin film memory element which is one embodiment of the present invention.

【図10】巨大磁気抵抗効果を用いた従来の磁性薄膜メ
モリを示す磁性薄膜の断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a magnetic thin film showing a conventional magnetic thin film memory using a giant magnetoresistance effect.

【図11】巨大磁気抵抗効果を用いた従来の磁性薄膜メ
モリの記録動作を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a recording operation of a conventional magnetic thin film memory using the giant magnetoresistance effect.

【図12】巨大磁気抵抗効果を用いた従来の磁性薄膜メ
モリの再生動作を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a reproducing operation of a conventional magnetic thin film memory using a giant magnetoresistance effect.

【図13】本発明の一形態である磁性薄膜メモリ素子の
説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a magnetic thin film memory element which is one embodiment of the present invention.

【図14】本発明の磁性薄膜メモリ素子を用いた画像録
画再生装置の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing an embodiment of an image recording / reproducing apparatus using the magnetic thin film memory element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1磁性層 2 第2磁性層 3 非磁性層 41、42、60、61 書込み選択線 400 電流の向き 5 書込み決定線 6 絶縁体 10、11 磁気抵抗膜 20 良導体 90 撮像素子 91 A/D変換器 92 記録媒体 93 D/A変換器 94 ディスプレイ 100 磁気抵抗素子、書込み決定線等を上面から見た
もの 500 半導体トランジスタ 501 ソース電極 502 ゲート電極 503 ドレイン電極 504 VDD電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st magnetic layer 2 2nd magnetic layer 3 Non-magnetic layer 41,42,60,61 Write selection line 400 Current direction 5 Write decision line 6 Insulator 10,11 Magnetoresistance film 20 Good conductor 90 Image sensor 91 A / D Converter 92 Recording medium 93 D / A converter 94 Display 100 Magnetoresistive element, write decision line, etc. viewed from above 500 Semiconductor transistor 501 Source electrode 502 Gate electrode 503 Drain electrode 504 VDD electrode

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円筒型あるいは角形筒状型で低い保磁力
を有する第1磁性層と円筒型あるいは角形筒状型で高い
保磁力を有する第2磁性層が非磁性層を介して積層され
てなる磁気抵抗膜であって、該第1磁性層及び該第2磁
性層は左回りもしくは右回りに容易軸を有する磁気抵抗
膜、及び、該磁気抵抗膜に絶縁体を介して設けられた良
導体からなる書込み選択線を有してなり、 該磁気抵抗膜に膜面と垂直な方向に電流を流して生じる
磁界と、該書込み選択線に電流を流して生じる磁界と
で、第1磁性層もしくは第2磁性層の磁化方向が決定さ
れることを特徴とする磁性薄膜メモリ素子。
A first magnetic layer having a low coercive force of a cylindrical or rectangular cylindrical type and a second magnetic layer having a high coercive force of a cylindrical or rectangular cylindrical type are laminated via a non-magnetic layer. Wherein the first magnetic layer and the second magnetic layer have an easy axis counterclockwise or counterclockwise, and a good conductor provided on the magnetoresistive film via an insulator. A magnetic field generated when a current flows through the magnetoresistive film in a direction perpendicular to the film surface, and a magnetic field generated when a current flows through the write selection line. A magnetic thin-film memory device, wherein the magnetization direction of the second magnetic layer is determined.
【請求項2】 前記書込み選択線が、前記磁気抵抗膜の
側面に複数個設けられている請求項1記載の磁性薄膜メ
モリ素子。
2. The magnetic thin film memory element according to claim 1, wherein a plurality of said write selection lines are provided on a side surface of said magnetoresistive film.
【請求項3】 前記磁気抵抗膜に膜面と垂直な方向に電
流を流す為に、前記第1磁性層及び前記第2磁性層の中
心部に、絶縁体に囲まれ前記第1磁性層及び前記第2磁
性層よりも導電率の高い良導体からなる書込み決定線が
設けられている請求項1記載の磁性薄膜メモリ素子。
3. In order to allow a current to flow through the magnetoresistive film in a direction perpendicular to the film surface, the first magnetic layer is surrounded by an insulator at the center of the first magnetic layer and the second magnetic layer. 2. The magnetic thin-film memory element according to claim 1, further comprising a write decision line made of a good conductor having a higher conductivity than the second magnetic layer.
【請求項4】 前記第1磁性層は、磁化情報が保存され
るメモリ層であり、前記第2磁性層は、保存時、記録
時、再生時のいずれの状態でも常に一定に保たれている
ピン層である請求項1記載の磁性薄膜メモリ素子。
4. The first magnetic layer is a memory layer in which magnetization information is stored, and the second magnetic layer is always kept constant during storage, recording, and reproduction. 2. The magnetic thin film memory device according to claim 1, wherein the magnetic thin film memory device is a pin layer.
【請求項5】 前記第1磁性層は、第1磁性層を読み出
し時に相対検出させるために反転させる検出層であり、
前記第2磁性層は、磁化情報が保存されるメモリ層であ
る請求項1記載の磁性薄膜メモリ素子。
5. The first magnetic layer is a detection layer for inverting the first magnetic layer for relative detection at the time of reading, and
2. The magnetic thin film memory device according to claim 1, wherein the second magnetic layer is a memory layer in which magnetization information is stored.
【請求項6】 請求項5記載の磁性薄膜メモリ素子を、
基板上に2個以上積層してなる磁性薄膜メモリ。
6. The magnetic thin film memory device according to claim 5,
A magnetic thin film memory in which two or more layers are stacked on a substrate.
【請求項7】 請求項1記載の磁性薄膜メモリ素子を、
基板上にマトリックス状に配列してなり、該磁性薄膜メ
モリ素子の磁気抵抗膜の端部がトランジスタからなる半
導体素子に電気的に接続している磁性薄膜メモリ。
7. The magnetic thin-film memory element according to claim 1,
A magnetic thin-film memory, which is arranged in a matrix on a substrate, wherein an end of a magnetoresistive film of the magnetic thin-film memory element is electrically connected to a semiconductor element including a transistor.
【請求項8】 請求項1記載の磁性薄膜メモリ素子の磁
気抵抗膜に膜面と垂直な方向に電流を流して生じる磁界
と、該磁性薄膜メモリ素子の書込み選択線に電流を流し
て生じる磁界とで該磁性薄膜メモリ素子の第1磁性層も
しくは第2磁性層の磁化方向を決定することを特徴とす
る磁性薄膜メモリ素子の記録方法。
8. A magnetic field generated by applying a current to the magnetoresistive film of the magnetic thin film memory element according to claim 1 in a direction perpendicular to the film surface, and a magnetic field generated by applying a current to a write selection line of the magnetic thin film memory element. Determining the magnetization direction of the first magnetic layer or the second magnetic layer of the magnetic thin film memory element.
【請求項9】 請求項1記載の磁性薄膜メモリ素子の磁
気抵抗膜に、膜面と垂直な方向に電流を流し抵抗を測定
することで“0”と“1”の磁化情報を検出することを
特徴とする磁性薄膜メモリ素子の再生方法。
9. A method for detecting magnetization information of “0” and “1” by applying a current to a magnetoresistive film of the magnetic thin film memory device according to claim 1 and measuring a resistance in a direction perpendicular to the film surface. A method for reproducing a magnetic thin film memory element, comprising:
【請求項10】 前記磁性薄膜メモリ素子の書込み選択
線に電流を流して生じる磁界によって、該磁性薄膜メモ
リ素子の第1磁性層の磁化方向を反転させて、その際の
前記磁気抵抗膜の抵抗値変化により第2磁性層の磁化方
向を検出する請求項9記載の磁性薄膜メモリ素子の再生
方法。
10. A magnetic field generated by applying a current to a write selection line of the magnetic thin film memory element to invert a magnetization direction of a first magnetic layer of the magnetic thin film memory element, and to change a resistance of the magnetoresistive film at that time. 10. The method according to claim 9, wherein the direction of magnetization of the second magnetic layer is detected by a change in the value.
【請求項11】 被写体の像を光電変換素子上に結像さ
せるレンズ群、結像された像を電気信号に変換する光電
変換素子、及び前記電気信号を記録する記録媒体を少な
くとも備えて成る画像録画装置において、前記記録媒体
が、請求項6記載の磁性薄膜メモリから成ることを特徴
とする画像録画装置。
11. An image comprising at least a lens group that forms an image of a subject on a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element that converts the formed image into an electric signal, and a recording medium that records the electric signal. 7. An image recording apparatus, wherein the recording medium comprises the magnetic thin film memory according to claim 6.
【請求項12】 画像を電気信号として記憶した記録媒
体から電気信号を読み出して、この電気信号を画像とし
て表示する画像再生装置において、前記記録媒体が、請
求項6記載の磁性薄膜メモリから成ることを特徴とする
画像再生装置。
12. An image reproducing apparatus for reading an electric signal from a recording medium storing an image as an electric signal and displaying the electric signal as an image, wherein the recording medium comprises the magnetic thin film memory according to claim 6. An image reproducing apparatus characterized by the above-mentioned.
JP11096118A 1998-05-18 1999-04-02 Magnetic thin-film memory element and its recording and reproducing method as well as image video-recording and reproducing apparatus Withdrawn JP2000076844A (en)

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