JP2002208680A - Magnetic thin-film memory element, magnetic thin-film memory, and information recording and reproducing method - Google Patents

Magnetic thin-film memory element, magnetic thin-film memory, and information recording and reproducing method

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JP2002208680A JP2001003749A JP2001003749A JP2002208680A JP 2002208680 A JP2002208680 A JP 2002208680A JP 2001003749 A JP2001003749 A JP 2001003749A JP 2001003749 A JP2001003749 A JP 2001003749A JP 2002208680 A JP2002208680 A JP 2002208680A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic thin-film memory element, capable of recording and reading out information steadily, even if a magnetic body with large magnetization inversion field or large magnetization saturation field is used.
SOLUTION: In a magnetic thin-film memory element, a magnetic layer 1 as a read out layer and magnetic layers 3 to 6 as recording layers are laminated via each nonmagnetic layer 2. Magnetization of the magnetic layer 1 is fixed in the prescribed direction. In the magnetic layers 3 to 6, the Curie temperature of each magnetic layer has a relation in temperature increase of the magnetic layer 5 < the magnetic layer 3 < the magnetic layer 4 < the magnetic layer 6, and the magnetization of the magnetic layer 6 is fixed in the prescribed direction. According to the level of the recording temperature, one-bit information can be recorded at the magnetic layer 3.
COPYRIGHT: (C)2002,JPO

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、磁気抵抗効果を利用する磁気薄膜メモリ素子およびそれを用いた磁気薄膜メモリならびにその情報記録再生方法に関する。 The present invention relates to relates to a magnetic thin film memory element and a magnetic thin film memory and the information recording and reproducing method using the same utilizing the magnetoresistive effect.

【0002】 [0002]

【従来の技術】近年、固体メモリである半導体メモリは情報機器に多く用いられ、DRAM(Dynamic RAM(Ran In recent years, a semiconductor memory is solid state memory is used in many information devices, DRAM (Dynamic RAM (Ran
dom access Memory))、FeRAM(Ferroelectric R dom access Memory)), FeRAM (Ferroelectric R
AM)、フラッシュEEPROM(Electrically Erasabl AM), flash EEPROM (Electrically Erasabl
e Programmable ROM(Read Only Memory))等その種類も様々である。 e Programmable ROM (Read Only Memory)), such as the type is also different. これら半導体メモリの特性には一長一短があり、現在の情報機器において要求されるスペックのすべてを満たすメモリは存在しない。 The characteristics of these semiconductor memories have merits and demerits, a memory which satisfies all specifications required in current information equipment does not exist. 例えば、DRAM For example, DRAM
は記録密度が高く書き換え可能回数も多いが、揮発性であるため電源を切ると記憶情報は消えてしまう。 The recording is dense rewritable and frequent, and turn off the power for a volatile storage information disappears. また、 Also,
フラッシュEEPROMは不揮発であるが、消去の時間が長く、情報の高速処理には不向きである。 Although flash EEPROM is nonvolatile, long erase time, it is not suitable for high speed processing of information.

【0003】上記のような半導体メモリの現状に対して、磁気抵抗効果を用いたメモリ(MRAM)は、記録時間、読み出し時間、記録密度、書き換え可能回数、消費電力等において多くの情報機器から求められるスペックをすべて満たすメモリとして有望である。 [0003] For current semiconductor memory as described above, a memory using magnetoresistive (MRAM), the recording time, read time, recording density, rewritable count, determined by many information devices in power consumption, etc. it is promising as a memory that meets all of the specifications to be. 特にスピン依存トンネル磁気抵抗(TMR)効果を利用したMRA MRA in particular using a spin dependent tunneling magnetoresistive (TMR) effect
Mは、大きな読み出し信号が得られることから、高記録密度化あるいは高速読み出しに有利であり、近年の研究報告によればMRAMとしての実現性が実証されている。 M, since the large read signal is obtained, it is advantageous for high density recording or high-speed read, feasibility of the MRAM has been demonstrated, according to recent research reports.

【0004】MRAMのメモリ素子に用いられる磁気抵抗効果膜の基本構成は、非磁性層を介して磁性層が隣接して形成されたサンドイッチ構造である。 [0004] The basic structure of a magnetoresistive film used in the memory device of an MRAM is a sandwich structure in which a magnetic layer is formed adjacent to a nonmagnetic layer. 非磁性膜の材料としては、CuやAl 23が良く用いられる。 The material of the nonmagnetic film, is often used as Cu or Al 2 O 3. 磁気抵抗効果膜において非磁性層にCu等のような導体を用いたものを巨大磁気抵抗効果膜(GMR膜)といい、Al The magnetoresistance effect film called conductor giant magnetoresistive film that using a like Cu or the like in the nonmagnetic layer (GMR film), Al
23などの絶縁体を用いたものをスピン依存トンネル効果膜(TMR膜)という。 That using an insulator such as 2 O 3 as spin-dependent tunneling effect film (TMR film). TMR膜は、GMR膜に比べて大きな磁気抵抗効果を示すので、MRAMのメモリ素子として好ましい。 TMR film exhibits a large magnetoresistance effect than the GMR film, preferably as a memory element of the MRAM.

【0005】図13は面内磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜の電気抵抗を説明するための図で、(a)は磁気抵抗効果膜の磁化が平行な状態を模式的に示す断面図、 [0005] Figure 13 is a diagram for explaining the electrical resistance of the magnetoresistive film using an in-plane magnetization film, (a) shows the cross-sectional view showing a magnetization parallel state of the magnetoresistive film schematically,
(b)は磁気抵抗効果膜の磁化が反平行な状態を模式的に示す断面図である。 (B) is a sectional view schematically showing magnetization antiparallel state of the magnetoresistive film. 図13中、矢印は磁化の方向を示す。 In Figure 13, arrows indicate the direction of magnetization. この図13の例では、磁気抵抗効果膜は、非磁性層142を介して二つの磁性層141、143が積層されたサンドイッチ構造となっている。 In the example of FIG. 13, the magnetoresistance effect film, two magnetic layers 141 and 143 with a nonmagnetic layer 142 has a laminated sandwich structure. 磁性層141、14 Magnetic layer 141,14
3は、いずれも面内磁化膜である。 3 are both in-plane magnetization film.

【0006】図13(a)に示すように磁性層141、 [0006] Magnetic layer 141, as shown in FIG. 13 (a),
143の磁化方向が平行であると、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比較的小さく、図13(b)に示すように磁性層141、143の磁化方向が反平行であると、電気抵抗は比較的大きくなる。 When the magnetization directions of 143 are parallel, the electric resistance of the magnetoresistive film is relatively small, the magnetization direction of the magnetic layer 141, 143 as shown in FIG. 13 (b) are antiparallel, resistance is compared target increases. したがって、磁性層141、1 Therefore, the magnetic layer 141,
43のうち一方の磁性層を記録層、他方を読み出し層として、上記の性質を利用することで記憶情報の読み出しが可能である。 Recording layer one of the magnetic layers of 43, as layer reads the other, it is possible to read the stored information by utilizing the above properties.

【0007】図14は面内磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜における記録再生原理を説明するための図で、(a) [0007] Figure 14 is a diagram for explaining a recording and reproducing principle in the magnetoresistive film using an in-plane magnetization film, (a)
および(b)は、記録情報「1」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図、(c)および(d)は、記録情報「0」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図である。 And (b) are cross-sectional views schematically showing a state of magnetization in the case of reading recorded information "1", the magnetization in the case of reading (c) and (d), record information "0" state is a sectional view schematically showing. 図14中、矢印は磁化の方向を示し、磁気抵抗効果膜の構成は図13に示したものと同様のため、同じ符号を付している。 In Figure 14, arrows indicate the direction of magnetization, the configuration of the magnetoresistive film are same as those shown in FIG. 13 are denoted by the same reference numerals. また、 Also,
この例では、非磁性層142の下部に位置する磁性層1 In this example, the magnetic layer 1 located below the non-magnetic layer 142
43を記録層、上部に位置する磁性層141を読み出し層とし、記録層の磁化方向が右向きの場合を「1」、左向きの場合を「0」とする。 43 a recording layer, was used as a readout magnetic layer 141 located above, the case where the magnetization direction of the recording layer is rightward and "1", the case of the left "0".

【0008】図14(a)に示すように両磁性層の磁化方向がともに右向きの場合(平行)は、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比較的小さくなり、図14(b)に示すように読み出し層の磁化方向が左向きで、記録層の磁化方向が右向きである場合(反平行)には、電気抵抗は比較的大きくなる。 [0008] Figure 14 when both rightward magnetization directions of the magnetic layers as shown in (a) (parallel), the resistance of the magnetoresistive film is relatively small, as shown in FIG. 14 (b) it is in leftward magnetization direction of the readout layer, when the magnetization direction of the recording layer is rightward (antiparallel), the electric resistance is relatively large. また、図14(c)に示すように読み出し層の磁化方向が右向きで、記録層の磁化方向が左向きである場合(反平行)は、電気抵抗は比較的大きくなり、図14(d)に示すように両磁性層の磁化方向がともに左向きの場合(平行)には、電気抵抗は比較的小さくなる。 Further, in the rightward direction of magnetization of the readout layer is as shown in FIG. 14 (c), when the magnetization direction of the recording layer is leftward (anti-parallel), the electric resistance is relatively large, in FIG. 14 (d) in the case of leftward magnetization directions of two magnetic layers are both (parallel) as shown, the electrical resistance is relatively small. つまり、読み出し層の磁化方向が右向きに固定されている場合に、電気抵抗が大きければ、記録層には「0」が記録されていることになり、電気抵抗が小さければ、「1」が記録されていることになる。 That is, when the magnetization direction of the readout layer is fixed to the right, if the electrical resistance is large, the recording layer will be "0" is recorded, the smaller the electric resistance, "1" is recorded It will have been. また、読み出し層の磁化方向が左向きに固定されている場合に、電気抵抗が大きければ、記録層には「1」が記録されていることになり、電気抵抗が小さければ、「0」が記録されていることになる。 Further, if the magnetization direction of the readout layer is fixed to the left, if the electrical resistance is large, the recording layer will be "1" is recorded, the smaller the electric resistance, "0" is recorded It will have been.

【0009】上述したような面内磁化膜を使用したMR [0009] MR using plane magnetic film as described above
AMにおいては、MRAMの記録密度を高くするために素子サイズを小さくしていくと、磁性層内部で生じる反磁界(自己減磁界)あるいは端面の磁化のカーリングといった影響から情報を保持できなくなる、という問題が生じる。 In AM, when gradually reducing the element size in order to increase the recording density of the MRAM, can not be held information from influence such demagnetizing field of the magnetization of the (self-demagnetizing field) or the end face curling generated inside the magnetic layer, that problems. この問題を回避する手法としては、例えば磁性層の形状を長方形にすることが挙げられるが、この場合は、素子サイズを小さくできないため、記録密度の向上はあまり期待できない。 As a method to avoid this problem, for example, can be mentioned that the shape of the magnetic layer in a rectangular, in this case, can not reduce the element size, the improvement of recording density can not be expected.

【0010】そこで、特開平11-213650号公報で述べられているように、垂直磁化膜を用いることにより上記問題を回避しようとする提案がなされている。 [0010] Therefore, as described in JP-A-11-213650, JP-proposals to try to avoid the above problems has been made by using a perpendicular magnetization film. この方法によれば、素子サイズが小さくなっても反磁界は増加しないので、面内磁化膜を用いたMRAMよりも小さなサイズの磁気抵抗効果膜が実現可能である。 According to this method, since the demagnetizing field does not increase even when small element size, the magnetoresistive film of smaller size than the MRAM using an in-plane magnetization film is feasible. 垂直磁気異方性を示す磁性体としては、遷移金属−貴金属系の合金や多層膜、CoCr合金あるいは希土類−遷移金属系の合金や多層膜が挙げられる。 The magnetic material exhibiting perpendicular magnetic anisotropy, transition metal - noble metal alloy or a multilayer film, CoCr alloy or rare earth - include alloys and multi-layered film of a transition metal-based.

【0011】垂直磁化膜を用いたMRAMも、面内磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜と同様、非磁性層を介して磁性層が積層されたサンドイッチ構造であり、両磁性層の磁化方向が平行であると磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比較的小さくなり、磁化方向が反平行であると電気抵抗は比較的大きくなる。 [0011] Also MRAM using a perpendicular magnetization film, similar to the magnetoresistive film using an in-plane magnetization film, a sandwich structure in which magnetic layers are laminated through a non-magnetic layer, the magnetization directions of the magnetic layer relatively small electric resistance of the magnetoresistive film is parallel, the electrical resistance and the magnetization direction is antiparallel is relatively large.

【0012】図15は垂直磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜における記録再生原理を説明するための図で、(a) [0012] Figure 15 is a diagram for explaining a recording and reproducing principle in a magnetoresistive film using a perpendicular magnetization film, (a)
および(b)は、記録情報「1」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図、(c)および(d)は、記録情報「0」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図である。 And (b) are cross-sectional views schematically showing a state of magnetization in the case of reading recorded information "1", the magnetization in the case of reading (c) and (d), record information "0" state is a sectional view schematically showing. 図15中、矢印は磁化の方向を示し、磁気抵抗効果膜の構成は磁性層が垂直磁化膜である以外は基本的には図13に示したものと同様であるため、同じ符号を付している。 In Figure 15, arrows indicate the direction of magnetization, for configuration of the magnetoresistive film is the same as non-magnetic layer is a perpendicular magnetization film is basically shown in FIG. 13, the same reference numerals ing. この例では、 In this case,
非磁性層142の下部に位置する磁性層143を記録層、上部に位置する磁性層141を読み出し層とし、記録層の磁化方向が上向きの場合を「1」とし、下向きの場合を「0」とする。 Recording layer of the magnetic layer 143 located below the nonmagnetic layer 142, and reads the magnetic layer 141 positioned on the top layer, the magnetization direction of the recording layer is a case of upward "1", the case of downward "0" to.

【0013】図15(a)に示すように両磁性層の磁化方向がともに上向きの場合は、磁気抵抗効果膜の電気抵抗は比較的小さく、図15(b)に示すように読み出し層の磁化方向が下向きで、記録層の磁化方向が上向きの場合には、電気抵抗は比較的大きい。 [0013] When the magnetization directions of the magnetic layers as shown in FIG. 15 (a) of both upward, the electrical resistance is relatively small in the magnetoresistive film, the magnetization of the readout layer as shown in FIG. 15 (b) direction downward, when the magnetization direction of the recording layer upward, the electric resistance is relatively large. また、図15 In addition, FIG. 15
(c)に示すように読み出し層の磁化方向が上向きで、 The magnetization direction of the readout layer as shown in (c) is an upward,
記録層の磁化方向が下向きである場合は、電気抵抗は比較的大きく、図15(d)に示すように両磁性層の磁化方向がともに下向きの場合電気抵抗は比較的小さい。 When the magnetization direction of the recording layer is downward, the electric resistance is relatively large, when the magnetization directions are both downward electric resistance of the two magnetic layers as shown in FIG. 15 (d) is relatively small. つまり、読み出し層の磁化方向が上向きに固定されている場合に、電気抵抗が大きければ、記録層には「0」が記録されていることになり、電気抵抗が小さければ、 That is, when the magnetization direction of the readout layer is upwardly fixed, if the electrical resistance is large, the recording layer will be "0" is recorded, the smaller the electric resistance,
「1」が記録されていることになる。 So that "1" is recorded. また、読み出し層の磁化方向が下向きに固定されている場合に、電気抵抗が大きければ、記録層には「1」が記録されていることになり、電気抵抗が小さければ、「0」が記録されていることになる。 Further, if the magnetization direction of the readout layer is fixed downward, if the electrical resistance is large, the recording layer will be "1" is recorded, the smaller the electric resistance, "0" is recorded It will have been.

【0014】 [0014]

【発明が解決しようとする課題】MRAMに用いられるメモリ素子(磁気薄膜メモリ素子)は、記録時や再生時に磁界を印加した後は、非磁性層を介して隣接して形成された磁性層のそれぞれの磁化の大きさが飽和していること、すなわちそれぞれの磁性層においてすべてのスピンの方向が一方向に揃っていることが好ましい。 [0005] memory element used in MRAM (magnetic thin film memory device), after applying a magnetic field during recording and reproduction, the adjacent magnetic layer formed via a nonmagnetic layer the magnitude of the respective magnetizations is saturated, i.e. it is preferred that the direction of all the spins are aligned in one direction in each of the magnetic layers. MRA MRA
Mで多く使用されている磁性材料は、Co、Fe、Ni Magnetic material is often used in M ​​is, Co, Fe, Ni
Feあるいはこれらの合金である。 It is Fe or an alloy thereof. 例えば、Coよりなる磁性層の保磁力(磁気飽和状態の強磁性体の磁化を0 For example, the magnetization of the ferromagnet coercive force (magnetic saturation state of a magnetic layer made of Co 0
とする磁場の強さ)は、バルク形のものに於いては1k To the magnetic field strength) is at the intended bulk type 1k
A/m程度であるが、数十nmの薄膜に於いては数kA Although the order of A / m, is at several tens nm of the thin film several kA
/m程度になる。 / Is about m. また、磁性膜作成条件によっては、飽和磁界は数十kA/m程度になることもある。 Further, the magnetic film forming conditions, the saturation magnetic field can be about several tens of kA / m. さらに微細加工を施した磁性体薄膜では、飽和磁界がさらに大きくなることもある。 In yet thin magnetic film subjected to fine processing, sometimes saturation field is further increased. 一方、MRAMの情報の記録は、メモリ素子の近くに配された導線に電流を流し、これによって発生する磁界によって磁性層の磁化方向を反転させることで行われるが、導線に流すことのできる電流に限界があるため、メモリ素子に印加できる磁界の強さは1 On the other hand, the recording of the MRAM of information allows a current to flow near arranged the conductors of the memory device, but this is done by reversing the magnetization direction of the magnetic layer by a magnetic field generated by the current that can flow through the conductor because there is a limit to the strength of the magnetic field can be applied to the memory element 1
0kA/m程度までである。 It is up to about 0kA / m. 従って、導線を用いた記録方法では、磁性層の磁化を完全に反転させることができず、十分な磁気抵抗変化が得られない場合がある。 Therefore, in the recording method using the wire, it is impossible to completely reverse the magnetization of the magnetic layer, there is a case that sufficient magnetic resistance change can be obtained. このことは、磁性体の組成、成膜条件、膜構成等を限定してしまう要因、あるいは製造において歩留まりの低下を招く原因となり得る。 This composition of the magnetic material, the film forming conditions, may cause lowering the yield in factors would limit the film structure and the like, or manufacturing.

【0015】特に、垂直磁化膜の磁化反転磁界や磁化飽和磁界は、一般に面内磁化膜よりも大きな値を示すことから、MRAMに垂直磁化膜を用いた場合は、その組成や成膜条件等はさらに限定されることになる。 [0015] In particular, the magnetization reversal field and the magnetization saturation magnetic field of the perpendicular magnetic film, generally because it exhibits a value greater than the in-plane magnetization film, in the case of using a perpendicular magnetization film to MRAM, the composition and film formation conditions, and the like It will be further restricted.

【0016】本発明の目的は、上記の問題を解決し、磁化反転磁界や磁化飽和磁界が大きな磁性体を用いても、 An object of the present invention is to solve the above problems, even the magnetization reversal field and the magnetization saturation magnetic field with large magnetic,
安定した情報の記録および読み出しが可能な磁気薄膜メモリ素子およびそれを用いた磁気薄膜メモリならびにその情報記録再生方法を提供することにある。 To provide a magnetic thin film memory and the information recording and reproducing method using stable information recording and reading magnetic thin film memory element and capable its.

【0017】 [0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の磁気薄膜メモリ素子は、読み出し層および記録層が非磁性層を介して積層された磁気薄膜メモリ素子において、前記読み出し層は、その磁化方向が所定の方向に固定され、前記記録層は、隣接する層間で互いに磁気的に交換結合される複数の磁性層が積層されており、記録温度の高低に応じて、前記非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向が該記録層内で生じる交換結合力によって反転可能であることを特徴とする。 Means for Solving the Problems] To achieve the above object, a magnetic thin film memory element of the present invention, the magnetic thin film memory element readout layer and the recording layer are laminated via a non-magnetic layer, the read layer its magnetization direction is fixed in a predetermined direction, the recording layer has a plurality of magnetic layers are magnetically exchange-coupled to each other in adjacent layers are stacked, according to the level of the recording temperature, the non-magnetic the magnetization direction of the magnetic layer adjacent to the layer is characterized in that it is reversed by exchange coupling force occurring in the recording layer.

【0018】上記の場合、記録層は、少なくとも第1乃至第4の磁性層が順次積層されており、該第1乃至第4 [0018] In the above case, the recording layer is at least the first through fourth magnetic layers are sequentially stacked, the first to fourth
の磁性層は、それぞれの磁性層のキュリー温度が、 第3の磁性層<第1の磁性層<第2の磁性層<第4の磁性層 の関係にあり、第4の磁性層の磁化方向が所定の方向に固定されており、記録温度の高低に応じて前記第1の磁性層に1ビットの情報が記録可能であるように構成してもよい。 The magnetic layer, the Curie temperature of each magnetic layer is in the relation of the third magnetic layer <the first magnetic layer <the second magnetic layer <the fourth magnetic layer, the magnetization direction of the fourth magnetic layer There is fixed in a predetermined direction, may be configured to 1 bit of information to the first magnetic layer can be recorded according to the level of the recording temperature.

【0019】上記の場合、高い方の記録温度において所定の大きさで所定の方向の磁化を持つ、該磁化により発生する浮遊磁界によって第2の磁性層の磁化の反転が可能な第5の磁性層をさらに有していてもよい。 [0019] In the above case, having a magnetization in a predetermined direction at higher recording temperature at a given size, a fifth magnetic reversal that is possible magnetization of the second magnetic layer by a stray magnetic field generated by magnetization it may further have a layer.

【0020】また、第1の磁性層と第2の磁性層との間に、これら磁性層の磁化方向が反平行である場合に層内に所定のエネルギーの磁壁が形成される第6の磁性層を有していてもよい。 Further, between the first magnetic layer and the second magnetic layer, the sixth magnetic in the magnetization direction of the magnetic layer is the magnetic wall of a predetermined energy in the layer when it is anti-parallel are formed it may have a layer.

【0021】さらに、ネール温度が記録温度より高い反強磁性層が第4の磁性層に隣接して設けられていてもよい。 Furthermore, it may be higher antiferromagnetic layer Neel temperature than the recording temperature is provided adjacent to the fourth magnetic layer.

【0022】さらに、ネール温度が記録温度より高い反強磁性層が読み出し層に隣接して設けられていてもよい。 Furthermore, the Neel temperature is higher than the recording temperature antiferromagnetic layer may be provided adjacent to the readout layer.

【0023】本発明の磁気薄膜メモリは、上述のいずれかに記載の磁気薄膜メモリ素子が複数設けられ、これら磁気薄膜メモリ素子を選択的に昇温する加熱手段を備えることを特徴とする。 The magnetic thin film memory of the present invention, any magnetic thin film memory element is provided with a plurality of described above, characterized in that it comprises heating means for selectively heat a magnetic thin film memory element.

【0024】本発明の情報記録再生方法は、隣接する層間で互いに磁気的に交換結合される複数の磁性層からなる記録層と読み出し層とが非磁性層を介して積層された磁気薄膜メモリ素子の情報記録再生方法であって、前記読み出し層の磁化を所定の方向に固定し、前記複数の磁性層のうちの前記非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向を、記録温度の高低に応じて、前記記録層内で生じる交換結合力によって反転させて1ビットの情報を記録し、 The information recording and reproducing method of the present invention comprises a plurality of magnetic layers with adjacent layers are magnetically exchange-coupled to each other recording layer and the readout layer and the magnetic thin film memory element are laminated via a non-magnetic layer a information recording and reproducing method, the magnetization of the readout layer is fixed in a predetermined direction, the magnetization direction of the magnetic layer adjacent to the nonmagnetic layer of the plurality of magnetic layers, according to the level of the recording temperature Te inverts to record one bit of information by the exchange coupling force occurring in the recording layer,
前記読み出し層の磁化方向と前記非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向が平行、反平行のそれぞれの場合における前記磁気薄膜メモリ素子の磁気抵抗値の違いを前記1 The read layer between the magnetization direction the parallel magnetization direction of the magnetic layer adjacent to the nonmagnetic layer, wherein the difference in the magnetic resistance of the magnetic thin film memory element in each case of antiparallel 1
ビットの情報に対応づけて読み出すことを含むこと特徴とする。 Wherein comprises a reading in correspondence with the bit information.

【0025】上記の場合、複数の磁性層として第1乃至第4の磁性層を用い、該第1乃至第4の磁性層のキュリー温度の関係を、 第3の磁性層<第1の磁性層<第2の磁性層<第4の磁性層 とするととも、前記第4の磁性層の磁化方向を所定の方向に固定し、記録層を前記第3の磁性層のキュリー温度よりも高い第1の記録温度に昇温して、前記第3の磁性層の磁化を滅磁するとともに、前記第1の磁性層の磁化反転を容易にし、前記第2の磁性層との交換結合力により前記第1の磁性層の磁化方向を前記第4の磁性層の磁化方向として第1の情報を記録し、前記記録層を前記第1の記録温度より高い第2の記録温度に昇温するとともに、前記第2の磁性層に対して前記第4の磁性層の磁化方向とは反平行に印加される所定の大きさの磁界 [0025] In the above case, using the first to fourth magnetic layer as a plurality of magnetic layers, the Curie temperature of the relationship of the first to fourth magnetic layer, a third magnetic layer <the first magnetic layer <both to the second magnetic layer <the fourth magnetic layer, the magnetization direction of the fourth magnetic layer is fixed in a predetermined direction, the recording layer first is higher than the Curie temperature of said third magnetic layer by heating to a recording temperature, while Metsu磁 the magnetization of the third magnetic layer, to facilitate magnetization reversal of the first magnetic layer, wherein the exchange coupling force between the second magnetic layer first with the magnetization direction of the first magnetic layer to record first information as the magnetization direction of the fourth magnetic layer is heated the recording layer on the above first recording temperature second recording temperature, the second predetermined magnitude magnetic field to be antiparallel to the applied to the magnetization direction of the fourth magnetic layer of the magnetic layer 印加して、前記第2の磁性層の磁化方向を前記磁界の方向に揃え、該第2の磁性層との交換結合力により前記第1の磁性層の磁化方向を前記第4の磁性層の磁化方向とは反平行として第2の情報を記録することを含んでいてもよい。 Applied to the magnetization direction of the second magnetic layer aligns in the direction of the magnetic field, the second magnetic layer and the fourth magnetic layer the magnetization direction of the first magnetic layer by the exchange coupling force the magnetization direction may include recording the second information as antiparallel.

【0026】また、第2の記録温度において所定の大きさで所定の方向の磁化を持つ第5の磁性層を用い、該第5の磁性層が発生する浮遊磁界を前記第2の記録温度による情報記録時に印加される所定の大きさの磁界として用いてもよい。 Further, according to the second recording using a fifth magnetic layer having a magnetization in a predetermined direction at a predetermined size at a temperature, said second recording temperature stray field magnetic layer occurs in fifth it may be used as the predetermined magnitude magnetic field applied during information recording.

【0027】さらに、第1の磁性層と第2の磁性層との間に第6の磁性層を設けて、前記第1の磁性層の磁化方向と前記第2の磁性層の磁化方向が反平行である場合に、前記第6の磁性層内に所定のエネルギーの磁壁を形成するようにしてもよい。 Furthermore, between the first magnetic layer and the second magnetic layer is provided a sixth magnetic layer, the magnetization direction of the first magnetic layer magnetization direction and the second magnetic layer is anti If it is parallel, it may be formed a magnetic wall of the predetermined energy to said sixth magnetic layer of.

【0028】さらに、ネール温度が記録温度より高い反強磁性層を用いて第4の磁性層の磁化方向を固定するようにしてもよい。 Furthermore, it is also possible to Neel temperature to fix the magnetization direction of the fourth magnetic layer with a higher than the recording temperature antiferromagnetic layer.

【0029】さらに、ネール温度が記録温度より高い反強磁性層を用いて読み出し層の磁化方向を固定するようにしてもよい。 Furthermore, it is also possible to Neel temperature to fix the magnetization direction of the readout layer with a higher than the recording temperature antiferromagnetic layer.

【0030】上記のとおりの本発明においては、記録層は隣接する層間で互いに磁気的に交換結合される複数の磁性層からなり、非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向を記録温度の高低に応じて反転することで1ビットの情報が記録されるが、その反転は、外部磁界によらず、記録層内で生じる交換結合力によって行われる。 [0030] In the present invention as described above, the recording layer comprises a plurality of magnetic layers are magnetically exchange-coupled to each other in adjacent layers, the height of the recording temperature the magnetization direction of the magnetic layer adjacent to the nonmagnetic layer Although 1 bit of information by inverting is recorded in accordance with, the inversion does not depend on the external magnetic field is performed by the exchange coupling force occurring in the recording layer. したがって、従来のように記録層、すなわち非磁性層に隣接する磁性層に磁化反転磁界や磁化飽和磁界が大きな磁性体が用いられても、十分な磁気抵抗変化を得ることができる。 Therefore, the recording layer as in the prior art, i.e. even the magnetization reversal field and the magnetization saturation magnetic field in the magnetic layer adjacent to the nonmagnetic layer is large magnetic body is used, it is possible to obtain a sufficient magnetoresistance change.

【0031】具体的には、記録層を構成する複数の磁性層として第1乃至第4の磁性層が用られ、該第1乃至第4の磁性層のキュリー温度の関係が、 第3の磁性層<第1の磁性層<第2の磁性層<第4の磁性層 とされ、第4の磁性層の磁化方向が所定の方向に固定されたものにおいては、第3の磁性層のキュリー温度よりも高く、第1の磁性層の磁化方向が第2の磁性層との交換結合力により容易に反転する第1の記録温度では、第3の磁性層の磁化が滅磁するとともに、第1の磁性層の磁化反転を容易にし、第2の磁性層との交換結合力により第1の磁性層の磁化方向が第4の磁性層の磁化方向とされて第1の情報が記録され、第1の記録温度より高く、第2の磁性層の磁化方向が第4の磁性層の磁化方向とは反平行に印加される所定の [0031] Specifically, the first to the fourth magnetic layer is use as a plurality of magnetic layers constituting the recording layer, the relationship between the Curie temperature of the first to fourth magnetic layer, a third magnetic layer <the first magnetic layer <the second magnetic layer <is a fourth magnetic layer, in which magnetization direction of the fourth magnetic layer is fixed in a predetermined direction, the Curie temperature of the third magnetic layer higher than in the first recording temperature the magnetization direction of the first magnetic layer is easily reversed by exchange coupling force between the second magnetic layer, together with the magnetization of the third magnetic layer is Metsu磁, first of magnetization reversal to facilitate the magnetic layer, the first information first magnetization direction of the magnetic layer by the exchange coupling force between the second magnetic layer is the magnetization direction of the fourth magnetic layer is recorded, the higher than first recording temperature, the magnetization direction of the second magnetic layer and the magnetization direction of the fourth magnetic layer with a predetermined which is antiparallel to the applied きさの磁界の方向に容易に揃えられる第2の記録温度においては、第2の磁性層の磁化方向がその磁界の方向に揃え、該第2の磁性層との交換結合力により第1の磁性層の磁化方向が第4の磁性層の磁化方向とは反平行とされて第2の情報が記録される。 In the second recording temperature which is readily aligned in the direction of the feeder of the magnetic field aligns the magnetization direction of the second magnetic layer in the direction of the magnetic field, the first by an exchange coupling force between the second magnetic layer second information is recorded magnetization direction of the magnetic layer and the magnetization direction of the fourth magnetic layer are antiparallel.

【0032】上記の場合は、磁界の印加は、第2の磁性層の磁化方向を反転させるために用いられており、情報記録が行われる第1の磁性層の磁化方向はその磁界によっては反転せずに、第2の磁性層との交換結合力によって反転する。 [0032] In the case of the above, application of the magnetic field is used to reverse the magnetization direction of the second magnetic layer, the magnetization direction of the first magnetic layer in which information recording is performed reversed by the magnetic field without, inverted by the exchange coupling force with the second magnetic layer.

【0033】また、本発明においては、読み出し層の磁化方向は予め所定の方向に固定されており、この読み出し層の磁化方向と第1の磁性層の磁化方向とが平行であるか、反平行であるかで、当該磁気薄膜メモリ素子の抵抗値が異なる。 Further, in the present invention, the magnetization direction of the readout layer is fixed in advance in a predetermined direction, or the magnetization directions of the first magnetic layer of the readout layer are parallel, antiparallel in either is, the resistance value of the magnetic thin film memory element are different. したがって、上記のようにして第1の磁性層に記録された情報を、外部磁界を印加することなく読み出すことが可能である。 Therefore, the information recorded on the first magnetic layer as described above, it is possible to read without applying an external magnetic field.

【0034】本発明のうち、第2の記録温度において所定の大きさの磁化を持つ第5の磁性層を有するものにおいては、この第5の磁性層が発生する浮遊磁界が第2の記録温度時に第2の磁性層に印加されることにより情報記録が行われるので、情報記録時に外部磁界を印加する必要がなくなる。 [0034] Of the present invention, in those having a fifth magnetic layer having a magnetization of a predetermined size in the second recording temperature, stray magnetic field the magnetic layer of the fifth occurs the second recording temperature since the information recording is performed by being sometimes applied to the second magnetic layer, it is not necessary to apply an external magnetic field during information recording.

【0035】また、本発明のうち、第1の磁性層と第2 Further, among the present invention, a first magnetic layer second
の磁性層の間に第6の磁性層が形成されたものにおいては、第1の磁性層と第2の磁性層の磁化方向を反平行に向けることを容易にすることが可能である。 Between the magnetic layer in which magnetic layers of the sixth is formed, it is possible to facilitate directing the magnetization direction of the first magnetic layer and the second magnetic layer in antiparallel. この場合、 in this case,
第2の磁性層に印加される磁界はより小さくて済む。 Magnetic field applied to the second magnetic layer requires only a smaller.

【0036】さらに、本発明のうち、ネール温度が記録温度より高い反強磁性層が第4の磁性層に隣接して設けられているものにおいては、該反強磁性層との交換結合力により第4の磁性層の磁化方向が固定される。 Furthermore, among the present invention, in which high anti-ferromagnetic layer Neel temperature than the recording temperature is provided adjacent to the fourth magnetic layer, the exchange coupling force between the antiferromagnetic layer the magnetization direction of the fourth magnetic layer is fixed. したがって、第4の磁性層にそれほど保磁力の大きな材料を用いる必要がなくなり、設計時の第4の磁性層に関する材料選択の自由度が向上する。 Therefore, it is not necessary to use a material having a large so coercivity fourth magnetic layer, thereby improving the degree of freedom of material selection for the fourth magnetic layer at the time of design.

【0037】さらに、本発明のうち、ネール温度が記録温度より高い反強磁性層が第1の磁性層に隣接して設けられているものにおいては、該反強磁性層との交換結合力により第1の磁性層の磁化方向が固定される。 Furthermore, among the present invention, in which Neel temperature is higher than the recording temperature antiferromagnetic layer is provided adjacent to the first magnetic layer by exchange coupling force between the antiferromagnetic layer the magnetization direction of the first magnetic layer is fixed. したがって、第1の磁性層にそれほど保磁力の大きな材料を用いる必要がなくなり、設計時の第1の磁性層に関する材料選択の自由度が向上する。 Therefore, it is not necessary to use a material having a large so coercive force in the first magnetic layer, thereby improving the degree of freedom of material selection for the first magnetic layer at the time of design.

【0038】 [0038]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, description with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention.

【0039】図1は、本発明の一実施形態である磁気薄膜メモリ素子に用いられる磁気抵抗効果膜の断面構造図である。 [0039] Figure 1 is a cross-sectional view of a magnetoresistive film for use in a magnetic thin film memory element according to an embodiment of the present invention. この磁気抵抗効果膜は、磁性層1、非磁性層2、磁性層3〜6が順次積層されてなる多層膜構造を有する。 The magnetoresistive film has a multilayer structure in which a magnetic layer 1, the non-magnetic layer 2, the magnetic layer 3-6 formed by sequentially stacking. 磁性層1が読み出し層であり、磁性層3〜6が記録層(多層膜)である。 Magnetic layer 1 is a readout layer, the magnetic layer 3 to 6 is the recording layer (multilayer film). 磁性層3と磁性層4の間、磁性層4と磁性層5の間、磁性層5と磁性層6の間は、それぞれ磁気的に交換結合されている。 Between the magnetic layer 3 and the magnetic layer 4, between the magnetic layer 4 and the magnetic layer 5, during the magnetic layer 5 and the magnetic layer 6 are magnetically exchange-coupled, respectively. 磁性層1の磁化方向は所定の方向に固定されている。 The magnetization direction of the magnetic layer 1 is fixed in a predetermined direction. 図1には示されていないが、磁性層1の磁化方向を固定するために、ネール温度が記録温度よりも高い材料よりなる反強磁性層を設けて、これと磁性層1とを交換結合させてもよい。 Although not shown in Figure 1, in order to fix the magnetization direction of the magnetic layer 1, is provided an antiferromagnetic layer Neel temperature is higher material than the recording temperature, the exchange coupling between the magnetic layer 1 which it may be.

【0040】磁性層3〜6の中では、磁性層6のキュリー温度が最も高く、かつ使用温度(記録温度)範囲内では、この磁性層6の磁化方向は固定されている。 [0040] Among the magnetic layer 3-6, the highest Curie temperature of the magnetic layer 6 is, and at the use temperature (recording temperature) in the range, the magnetization direction of the magnetic layer 6 is fixed. 磁性層4のキュリー温度が、磁性層6のキュリー温度に次いで高く、磁性層5のキュリー温度が最も低い。 Curie temperature of the magnetic layer 4 is higher next to the Curie temperature of the magnetic layer 6, the lowest Curie temperature of the magnetic layer 5. 図1には示されていないが、磁性層6の磁化方向を固定するために、ネール温度が記録温度よりも高い材料よりなる反強磁性層を設けて、これと磁性層6とを交換結合させてもよい。 Although not shown in Figure 1, in order to fix the magnetization direction of the magnetic layer 6, is provided an antiferromagnetic layer Neel temperature is higher material than the recording temperature, the exchange coupling between the magnetic layer 6 which it may be.

【0041】上記のような多層膜構造を有する磁気抵抗効果膜は、昇温による記録が可能である。 The magnetoresistance effect film having a multilayer film structure as described above is capable of recording by heating. 以下、磁気抵抗効果膜の各磁性層を面内磁化膜とした場合と、垂直磁化膜とした場合における情報の記録、再生について詳細に説明する。 Hereinafter, the case where each magnetic layer of the magnetoresistive film and the in-plane magnetization film, a recording of information in case of a perpendicular magnetization film, is described in detail reproduction.

【0042】(1)面内磁化膜の場合 (1−a)情報記録 図2は、図1に示す磁気抵抗効果膜の各磁性層に面内磁化膜を用いた場合の情報記録プロセスを説明するための概念図で、(a)は「1」が記録されているときの磁化方向を示す模式図、(b)は比較的低い記録温度T Lまで昇温したときの磁化方向を示す模式図、(c)は比較的高い記録温度T Hまで昇温したときの磁化方向を示す模式図、(d)は「0」が記録されているときの磁化方向を示す模式図である。 [0042] (1) In the case of in-plane magnetization film (1-a) information recording Figure 2 describes an information recording process in the case of using the in-plane magnetization film in the magnetic layer of the magnetoresistive film shown in FIG. 1 in conceptual diagram, (a) shows the schematic diagram showing the magnetization direction when "1" is recorded, (b) is a schematic showing the magnetization direction when the temperature was raised to a relatively low recording temperature T L Figure is a schematic diagram showing a magnetization direction when being recorded (c) is a schematic diagram showing a magnetization direction when raising the temperature to a relatively high recording temperature T H, (d) is "0". 図2中、白抜き矢印は磁化の方向を示し、黒矢印(10)は外部より印加される磁界を示す。 In Figure 2, white arrows indicate the direction of magnetization, black arrows (10) indicates the applied field from the outside.

【0043】図2に示す例では、磁気抵抗効果膜はすべての磁性層1、3〜6が面内磁化膜であり、膜面内左向きの方向に外部磁界10が印加されるようになっている。 [0043] In the example shown in FIG. 2, the magnetoresistive film are all magnetic layer 1,3~6-plane magnetization film, so the external magnetic field 10 is applied in the direction of film plane left there. 以下の説明では、磁性層3の磁化方向が右向きのときを「1」とし、左向きのときを「0」とする。 In the following description, the magnetization direction of the magnetic layer 3 when the right is "1", when the left and "0".

【0044】いま例えば図2(a)に示すように磁性層3〜6の磁化方向がすべて右向きで「1」が記録されている状態であったとして、これを比較的低い記録温度T [0044] As now for example that the magnetization direction of the magnetic layer 3-6 as shown in FIG. 2 (a) was in a state where "1" in the right all have been recorded, which relatively low recording temperature T
Lまで昇温する。 The temperature is raised to L. ただし、この比較的低い記録温度T However, this relatively low recording temperature T
Lは、磁性層5のキュリー温度よりも高く、磁性層4との交換結合力によって磁性層3の磁化の方向が容易に反転可能であるような温度である。 L is higher than the Curie temperature of the magnetic layer 5, a temperature at which the direction of magnetization of the magnetic layer 3 is easily reversed by exchange coupling force between the magnetic layer 4. また、磁性層4は、その比較的低い記録温度T Further, the magnetic layer 4, the relatively low recording temperature T Lまで昇温された状態では、外部印加磁界10の影響により磁化反転しないような保磁力を有する。 In the state of being heated to L, having a coercive force not to magnetization reversal due to the influence of the externally applied magnetic field 10. このような条件の下では、比較的低い記録温度T Lまで昇温されると、図2(b)に示すように磁性層5の磁化が巨視的に消失する(またはその保磁力エネルギーが小さくなる)が、各磁性層3、4、6の磁化方向はいずれも元の磁化状態(右向き)を維持し、外部印加磁界10による磁化反転は生じない。 Under such conditions, when it is heated to a relatively low recording temperature T L, the magnetization of the magnetic layer 5 as shown in FIG. 2 (b) disappears macroscopically (or coercivity energy is small made) is, the magnetization directions of the magnetic layers 3, 4 and 6 maintain both the original magnetization state (right), there is no magnetization reversal by an external applied magnetic field 10.

【0045】上記昇温の後、磁気抵抗効果膜が冷却される過程において、膜温度が磁性層5のキュリー温度を下回ると、磁性層5の磁化が磁性層6の磁化方向と同じ方向で揃い、図2(a)の磁化状態に戻る。 [0045] After the heating, in the process of the magnetoresistive effect film is cooled, the film temperature is below the Curie temperature of the magnetic layer 5, aligned magnetization of the magnetic layer 5 in the same direction as the magnetization direction of the magnetic layer 6 , returns to the state shown in FIG. 2 (a).

【0046】次いで、図2(a)の状態から比較的高い記録温度T Hまで昇温する。 [0046] Then, the temperature is raised to a relatively high recording temperature T H in the state of FIG. 2 (a). この比較的高い記録温度T H This relatively high recording temperature T H
は、磁性層4の磁化方向が外部磁界10の方向に容易に揃うような温度である。 Is a temperature at which the magnetization direction of the magnetic layer 4 is aligned easily in the direction of the external magnetic field 10. このような条件の下では、比較的高い記録温度T Hまで昇温されると、図2(c)に示すように磁性層5の磁化が巨視的に消失し、外部印加磁界10により磁性層4の磁化方向が左向きとなり(磁化反転)、磁性層3の磁化が磁性層4の磁化方向(左向き)に揃う。 Under such conditions, when it is heated to a relatively high recording temperature T H, the magnetization of the magnetic layer 5 as shown in FIG. 2 (c) disappears macroscopically magnetic layer by an externally applied magnetic field 10 4 of the magnetization direction is leftward (magnetization reversal), the magnetization of the magnetic layer 3 is aligned with the magnetization direction of the magnetic layer 4 (leftward). ただし、磁性層6は元の磁化状態(右向き)が維持される。 However, the magnetic layer 6 is original magnetization state (right) is maintained.

【0047】上記昇温の後、磁気抵抗効果膜が冷却される過程において、膜温度が磁性層5のキュリー温度を下回ると、磁性層5の磁化が磁性層6の磁化方向(右向き)に揃い、さらに交換結合力によって磁性層4の磁化も磁性層6の磁化方向(右向き)に揃う。 [0047] After the heating, aligned in the process of the magnetoresistive effect film is cooled, the film temperature is below the Curie temperature of the magnetic layer 5, the magnetization of the magnetic layer 5 is in the magnetization direction of the magnetic layer 6 (right) further magnetization of the magnetic layer 4 by the exchange coupling force is also aligned with the magnetization direction of the magnetic layer 6 (right). ただし、このときの磁性層3と磁性層4の界面における磁壁エネルギーは、磁性層3の保磁力エネルギーよりも小さくなるようにしておく。 However, the domain wall energy at the interface of the magnetic layer 3 and the magnetic layer 4 at this time is kept to be smaller than the coercive force energy of the magnetic layer 3. このため、磁性層3の磁化方向は、外部磁界10の方向に揃っており、磁性層3と磁性層4の界面には磁壁が存在する。 Therefore, the magnetization direction of the magnetic layer 3 is aligned in the direction of the external magnetic field 10, the magnetic domain wall exists in the interface between the magnetic layer 3 and the magnetic layer 4.

【0048】上記のようにして比較的高い記録温度T H [0048] relatively high recording temperature in the manner described above T H
まで昇温されて、膜温度が磁性層5のキュリー温度を下回った後の磁気抵抗効果膜の磁化状態が、図2(d)に示す磁化状態であり、「0」が記録されたことになる。 Until being heated, the magnetization state of the magnetoresistive film after film temperature is below the Curie temperature of the magnetic layer 5 is a magnetized state shown in FIG. 2 (d), to "0" is recorded Become.

【0049】次いで、図2(d)の磁化状態、つまり「0」が記録された状態から比較的低い記録温度T Lまで昇温する。 [0049] Subsequently, magnetization state in FIG. 2 (d), i.e. "0" is heated from a state of being recorded to a relatively low recording temperature T L. 比較的低い記録温度T Lまで昇温し、その後の冷却過程において磁性層3の磁化は交換結合力によって磁性層4の磁化方向に揃い、図2(b)の磁化状態となる。 The temperature was raised to a relatively low recording temperature T L, the magnetization of the magnetic layer 3 in the subsequent cooling process aligned to the magnetization direction of the magnetic layer 4 by the exchange coupling force, a state shown in FIG. 2 (b). 膜温度が磁性層5のキュリー温度を下回ると、 When the film temperature is below the Curie temperature of the magnetic layer 5,
磁性層5の磁化が磁性層6の磁化方向と同じ方向で揃い、図2(a)の磁化状態に戻る。 Magnetization of the magnetic layer 5 is aligned in the same direction as the magnetization direction of the magnetic layer 6, returns to the state shown in FIG. 2 (a).

【0050】次いで、図2(d)の状態から比較的高い記録温度T Hまで昇温する。 [0050] Then, the temperature is raised to a relatively high recording temperature T H in the state of FIG. 2 (d). この場合も、図2(a)から比較的高い記録温度T Hまで昇温した場合と同様に、 In this case, as in the case of raising the temperature to a relatively high recording temperature T H of FIG. 2 (a), the
磁性層5の磁化は巨視的に消失するため、磁性層4の磁化方向は外部磁界10の方向に揃い、図2(c)の磁化状態となる。 Since the magnetization of the magnetic layer 5 disappear macroscopically, the magnetization direction of the magnetic layer 4 is aligned in the direction of the external magnetic field 10, a state shown in FIG. 2 (c).

【0051】以上のことから明らかなように、初期状態が「0」と「1」のどちらが記録された状態であっても、比較的低い記録温度T Lまで昇温した場合は、 As is apparent from the above, even if the both have been recorded in the initial state is "0" and "1", if the temperature is raised to a relatively low recording temperature T L,
「0」が記録された状態となり、比較的高い記録温度T A state in which "0" has been recorded, a relatively high recording temperature T
Hまで昇温した場合は、「1」が記録された状態となる。 When the temperature was raised to H, a state in which "1" is recorded. この情報記録では、磁性層を昇温し、交換結合力を用いて記録を行うので、小さな印加磁界で記録を行うことができる。 In this information recording, the magnetic layer raised, since recording is performed using an exchange coupling force, recording can be performed with a small applied magnetic field.

【0052】(1−b)情報再生 記録情報の読み出しは、磁性層1(読み出し層)の磁化方向と磁性層3の磁化方向とが平行であるか、反平行であるかで、磁気抵抗効果膜の抵抗値が異なることを利用する。 [0052] The reading of the (1-b) information reproducing recorded information, whether the magnetization direction of the magnetic layer 3 of the magnetic layer 1 (readout layer) are parallel, with or antiparallel, magnetoresistive utilizing the resistance of the film are different. すなわち、磁性層1の磁化方向は予め初期化方向に固定されており、磁性層3の磁化方向は記録情報が「0」か「1」かによってその磁化方向が磁性層1の磁化方向に対して平行、反平行(図2の(a)および(d)参照)となるので、磁気抵抗効果膜の抵抗値は記録情報が「0」か「1」かによってその値が異なる。 That is, the magnetization direction of the magnetic layer 1 is fixed in advance initialization direction, the magnetization direction of the recording information in the magnetic layer 3 is its magnetization direction depending on whether "0" or "1" to the magnetization direction of the magnetic layer 1 Te parallel, since the anti-parallel (see FIG. 2 (a) and 2 (d)), the resistance value of the magnetoresistive film recording information value depending on whether "0" or "1" are different. よって、磁気抵抗効果膜の抵抗値の大小を検出することで、外部磁界を印加することなく記録情報の読み出しを行うことができる。 Therefore, by detecting the magnitude of the resistance value of the magnetoresistive film, it is possible to read out recorded information without applying an external magnetic field.

【0053】以上説明した磁気抵抗効果膜は外部磁界1 [0053] The above-described magnetoresistance effect film external magnetic field 1
0の印加により情報の記録が行われるようになっているが、情報記録のための磁界を印加する機能を磁気抵抗効果膜自体に付加することにより、外部磁界10を印加することなく情報の記録を行うことも可能である。 The application of 0 recording information is to be carried out, but by adding a function of applying a magnetic field for information recorded on the magnetoresistive film itself, the recording of information without applying an external magnetic field 10 it is also possible to carry out.

【0054】図3は、外部磁界なしに情報の記録を行うことが可能な磁気抵抗効果膜における磁化方向と浮遊磁界の方向を模式的に示す断面図である。 [0054] Figure 3 is a cross-sectional view showing the direction of the magnetization direction of the stray magnetic fields in the magnetoresistive film capable of recording information without external magnetic field schematically. この磁気抵抗効果膜は、図1に示した構成に加えて、磁性層6の側に新たな磁性層7が設けられている。 The magnetoresistive film, in addition to the configuration shown in FIG. 1, the new magnetic layer 7 on the side of the magnetic layer 6 is provided. この磁性層7は、情報記録に必要な浮遊磁界20を発生するもので、記録温度において大きな磁化を持ち、磁性層6とは直接接しないように設けられている。 The magnetic layer 7 is for generating a stray magnetic field 20 required for information recording, has a large magnetization at the recording temperature, is provided so as not to contact directly with the magnetic layer 6. この磁性層7の磁化の向きは固定されており、その方向は、比較的高い記録温度T Hまで昇温したときの磁性層4の磁化の方向に対して反平行に浮遊磁界20が印加されるような方向である。 The magnetization direction of the magnetic layer 7 is fixed, the direction antiparallel to the stray field 20 is applied with respect to the direction of magnetization of the magnetic layer 4 when the temperature was raised to a relatively high recording temperature T H it is so that direction. この磁気抵抗効果膜においても、外部磁界10に代えて浮遊磁界20が利用される点が異なるだけで、その情報の記録は、前述の図2に示した情報の記録と同じである。 In this magnetoresistive film only in that the stray magnetic field 20 in place of the external magnetic field 10 is utilized differs, the recording of the information is the same as the record information shown in FIG. 2 described above.

【0055】上記図3の例の他に、磁性層4との交換結合力によって磁性層3の磁化方向が反転して記録情報が消失することを防ぐために、図4に示すように、磁性層3と磁性層4の間に、磁壁エネルギーが小さい材料を用いた磁性層8を形成してもよい。 [0055] In addition to the example of FIG. 3, in order to prevent the recorded information is lost by reversing the magnetization direction of the magnetic layer 3 by exchange coupling force between the magnetic layer 4, as shown in FIG. 4, the magnetic layer between 3 and magnetic layer 4 may be formed a magnetic layer 8 using the magnetic wall energy is small material.

【0056】以上説明した、面内磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜の構成において、磁性層1、3〜8として、C [0056] described above, in the configuration of the magnetoresistive film using an in-plane magnetization film, a magnetic layer 1,3~8, C
o、Fe、Niやこれらの合金を用いることが可能である。 o, Fe, it is possible to use Ni or an alloy thereof. さらにはSb、V、Cr、Si、Al、Zn、M Furthermore Sb, V, Cr, Si, Al, Zn, M
n、Cu、Rh、Ru、Ir、Os、W、Mo、Nb、 n, Cu, Rh, Ru, Ir, Os, W, Mo, Nb,
Re、Ga、Ge、Sn、Pt、Pd等を適量添加することにより、所望のキュリー温度、磁壁エネルギー、保磁力等の磁気特性を調整することも可能である。 Re, Ga, Ge, Sn, Pt, by adding an appropriate amount of Pd, it is possible to adjust a desired Curie temperature, the magnetic wall energy, the magnetic characteristics such as coercive force.

【0057】さらに、第1の反強磁性層を磁性層6と交換結合させるように形成し、磁性層6の磁化方向を固定してもよいし、第2の反強磁性層を磁性層1と交換結合させるように形成し、磁性層1の磁化方向を固定してもよい。 [0057] Further, the first antiferromagnetic layer is formed so as to exchange coupling with the magnetic layer 6, to the magnetization direction of the magnetic layer 6 may be fixed, magnetic layer and the second antiferromagnetic layer 1 and formed so as to exchange coupling, it may be fixed magnetization direction of the magnetic layer 1. これら反強磁性層に使用する反強磁性体としては、ネール温度が高いものが好ましく、例えばα−Fe The antiferromagnetic material used for these antiferromagnetic layer is preferably a Neel temperature is high, for example, alpha-Fe
23 、NiO、MnIr、MnPt、MnCr、CrA 2 O 3, NiO, MnIr, MnPt, MnCr, CrA
l、CrGa等が使用可能である。 l, CrGa the like can be used.

【0058】(2)垂直磁化膜の場合 (2−a)情報記録 図5は、図1に示す磁気抵抗効果膜の各磁性層に垂直磁化膜を用いた場合の情報記録プロセスを説明するための概念図で、(a)は「1」が記録されているときの磁化方向を示す模式図、(b)は比較的低い記録温度T Lまで昇温したときの磁化方向を示す模式図、(c)は比較的高い記録温度T Hまで昇温したときの磁化方向を示す模式図、(d)は「0」が記録されているときの磁化方向を示す模式図である。 [0058] (2) In the case of perpendicular magnetic film (2-a) information recording Figure 5, for illustrating the information recording process when using a perpendicular magnetization film to the magnetic layer of the magnetoresistive film shown in FIG. 1 in conceptual diagram, (a) represents a schematic diagram showing a magnetization direction when "1" is recorded, (b) is a schematic diagram showing a magnetization direction when raising the temperature to a relatively low recording temperature T L, (c) is a schematic diagram showing a magnetization direction when raising the temperature to a relatively high recording temperature T H, which is a schematic diagram showing a magnetization direction when being recorded (d) are "0". 図5中、白抜き矢印は磁化の方向を示し、黒矢印(10)は外部より印加される磁界を示す。 In Figure 5, white arrows indicate the direction of magnetization, black arrows (10) indicates the applied field from the outside.

【0059】図5に示す例では、磁気抵抗効果膜はすべての磁性層1、3〜6が垂直磁化膜であり、垂直磁化の方向に外部磁界10が印加されるようになっている。 [0059] In the example shown in FIG. 5, the magnetoresistive film are all magnetic layer 1,3~6 perpendicular magnetization film, an external magnetic field 10 is adapted to be applied in the direction of perpendicular magnetization. ここでは、磁性層3の磁化方向が上向きのときを「1」とし、下向きのときを「0」とする。 Here, the magnetization direction of the magnetic layer 3 is the time of upward and "1", when down to "0". この磁気抵抗効果膜における記録プロセスは、前述の図2に示した面内磁化膜を用いた場合と同様であり、やはり比較的低い記録温度T Lまで昇温(図5(b)の状態)した場合は、 Recording process in this magnetoresistive film is similar to the case of using the in-plane magnetization film shown in FIG. 2 described above, also heated to a relatively low recording temperature T L (the state of FIG. 5 (b)) If you have,
「1」が記録され(図5(a)の状態)、比較的高い記録温度T Hまで昇温(図5(c)の状態)した場合には、「0」が記録される(図5(d)の状態)。 "1" is recorded (the state of FIG. 5 (a)), heated to a relatively high recording temperature T H when (FIG state of 5 (c)) is "0" is recorded (Fig. 5 (d) state of).

【0060】本例の垂直磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜においても、前述の面内磁化膜を用いた場合と同様に、 [0060] Also in the magnetoresistive film using a perpendicular magnetization film of this example, as in the case of using the in-plane magnetization film described above,
磁気抵抗効果膜に磁界を印加する機能を磁気抵抗効果膜自体に付加することにより、記録時に外部磁界10を印加することなく情報の記録が可能である。 By adding the function of applying a magnetic field to the magnetoresistive film in a magnetoresistive film itself, it is possible to record the information without applying an external magnetic field 10 at the time of recording.

【0061】図6は、外部磁界なしに情報の記録を行うことが可能な磁気抵抗効果膜における磁化方向と浮遊磁界の方向を模式的に示す断面図である。 [0061] Figure 6 is a sectional view showing the direction of the magnetization direction of the stray magnetic fields in the magnetoresistive film capable of recording information without external magnetic field schematically. この磁気抵抗効果膜は、図5に示した磁気抵抗効果膜の構成に加えて、 The magnetoresistance effect film, in addition to the configuration of the magnetoresistive effect film shown in FIG. 5,
磁性層6の側に新たな磁性層7が設けられている。 New magnetic layer 7 is provided on the side of the magnetic layer 6. この磁性層7は、情報記録に必要な浮遊磁界20を発生するもので、記録温度において大きな磁化を持ち、磁性層6 The magnetic layer 7 is for generating a stray magnetic field 20 required for information recording, it has a large magnetization at the recording temperature, magnetic layer 6
とは直接接しないように設けられている。 It is provided so as not to contact directly with. この磁性層7 The magnetic layer 7
の磁化の向きは固定されており、その方向は、比較的高い記録温度T Hまで昇温したときの磁性層4の磁化の方向に対して反平行に浮遊磁界20が印加されるような方向である。 The magnetization direction is fixed, the direction, the direction as relatively high recording temperature T H antiparallel stray field 20 with respect to the direction of magnetization of the magnetic layer 4 when the temperature was raised to is applied it is. この磁気抵抗効果膜においても、外部磁界1 In this magnetoresistive film external magnetic field 1
0に代えて浮遊磁界20が利用される点が異なるだけで、その情報の記録は、前述の図5に示した情報の記録と同じである。 0 place of just that stray field 20 is utilized differs, the recording of the information is the same as the record information shown in FIG. 5 above.

【0062】上述した垂直磁化膜を用いた磁気抵抗効果膜において、各磁性層1、3〜7に用いられる材料としては、Tb、Dy、Gd、Nd等の希土類金属の中から選ばれた少なくとも一元素とFe、Co、Ni等の遷移金属の中から選ばれた少なくとも一元素からなる希土類遷移金属合金、Pt/Co、Pd/Co等の遷移金属と貴金属からなる合金や人工格子多層膜、CoCr合金等、キュリー温度が室温よりも高く垂直磁化を示すものであれば使用可能であるが、特に希土類遷移金属合金は、その組成を調整することによって所望の磁気特性を得ることが容易であるので好ましい。 [0062] In the magnetoresistive film using a perpendicular magnetization film described above, at least as the material for the magnetic layers 1,3~7 was chosen Tb, Dy, Gd, from the rare earth metals such as Nd one element and Fe, Co, rare earth-transition metal alloy made of at least one element selected from transition metals such as Ni, Pt / Co, a transition metal and a noble metal such Pd / Co alloy or an artificial lattice multi-layer film, CoCr alloy, although the Curie temperature can be used as long as it exhibits a high perpendicular magnetization above room temperature, especially rare earth-transition metal alloy, it is easy to obtain the desired magnetic properties by adjusting the composition since preferred. また、大きな磁気抵抗変化を得るためには、磁性層1と磁性層3にスピン分極率の大きな材料を用いることが好ましい。 Further, in order to obtain a large magnetoresistance change, it is preferable to use a material having a large spin polarizability magnetic layer 1 and the magnetic layer 3.

【0063】以上説明した磁気抵抗効果膜により構成される本形態の磁気薄膜メモリ素子において、磁気抵抗効果膜を加熱する方法は特に限定するものではないが、例えば、磁気抵抗効果膜の近くに発熱体を形成して熱伝導により加熱する方法がある。 [0063] In the present embodiment the magnetic thin film memory element constituted by the magnetoresistive film described above is not particularly restricted but a method of heating the magnetoresistive film, for example, heat generation in the vicinity of the magnetoresistive film forming a body and a method of heating by heat conduction. この場合、発熱体としてはニッケルクロム合金や鉄クロムアルミニウム合金等が使用可能である。 In this case, the heating element of nickel chromium alloy or iron chromium aluminum alloy and the like can be used.

【0064】磁気薄膜メモリでは、磁気薄膜抵抗膜と発熱体とを有する磁気薄膜メモリ素子が複数配置され、選択的に発熱体に電流を流すことで、磁気薄膜メモリ素子の磁気薄膜抵抗膜を加熱して情報を記録する。 [0064] In the magnetic thin film memory, the magnetic thin film memory device having a magnetic thin film resistor film heating element are more disposed, by flowing selectively current to the heating element, heating the magnetic thin film resistor film of the magnetic thin film memory element for recording information by. 選択的に発熱体に電流を流す回路として、周知のMRAMの選択回路を使用することができる。 As circuit for supplying selectively current to the heating element, it can be used to select circuits known MRAM.

【0065】磁気薄膜メモリ素子の磁気薄膜抵抗膜を効率よく昇温するためには、発熱体と磁気薄膜抵抗膜は極力近い場所に配置する必要がある反面、両者は電気的に独立している必要がある。 [0065] In order to efficiently raise the temperature of the magnetic thin film resistor film of the magnetic thin film memory element, while the heating element and the magnetic thin film resistor film which must be placed as close as possible, both are electrically independent There is a need. したがって、発熱体と磁気抵抗効果膜は熱伝導率の高い絶縁層を介して隣接して形成されていることが好ましい。 Accordingly, the heating element and the magnetoresistive film is preferably formed adjacent via the insulating layer having high thermal conductivity. このような絶縁体としては、BeOが挙げられる。 Such insulators include BeO. また、熱伝導率が著しく高い材料でなくても電気抵抗率が高く、かつ絶縁破壊が起きにくい材料であれば、膜厚を薄くすることにより使用可能である。 Moreover, even without a significantly higher material thermal conductivity high electrical resistivity, and if dielectric breakdown is a hardly causes material can be used by reducing the film thickness. そのような材料としては、例えばAl 23やSi 34等が挙げられる。 Such materials, for example, Al 2 O 3 or Si 3 N 4, or the like can be mentioned.

【0066】発熱体や磁気抵抗効果膜を半導体と電気的に接続する場合は、半導体の熱的ダメージを低減するため、または熱効率を高めるために、発熱体または磁気抵抗効果膜を電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が小さい導体によって形成された層を介して半導体に接続することが好ましい。 [0066] When connecting the heating element and the magnetoresistive film in semiconductor and electrically, in order to reduce the thermal damage of a semiconductor, or in order to increase the heat efficiency, a heating element or magnetoresistive film electrical resistance is low and it is preferably connected to the semiconductor through a layer formed thermal conductivity by a small conductors. そのような材料としては、例えばTiが挙げられる。 Such materials, for example, Ti and the like.

【0067】なお、磁気抵抗効果膜の昇温は、上記発熱体による加熱の他、発光体から発せられた光を磁気抵抗効果膜に照射して直接加熱する方法によっても可能である。 [0067] The heating of the magneto-resistance effect film, in addition to the heating by the heating body, is also possible by a method of direct heating by irradiating the light emitted from the light emitter to the magnetoresistive film.

【0068】 [0068]

【実施例】次に、本発明の磁気薄膜メモリ素子について具体例を挙げてその構成を説明する。 EXAMPLES Next, the magnetic thin film memory element of the present invention with specific examples illustrating its configuration.

【0069】(実施例1)図7は、本発明の第1の実施例の磁気薄膜メモリ素子の概略構成を示す断面図、図8 [0069] (Embodiment 1) FIG. 7 is a sectional view showing a schematic configuration of a magnetic thin film memory device of the first embodiment of the present invention, FIG. 8
は、その磁気薄膜メモリ素子に用いられる磁気抵抗効果膜の断面図である。 Is a cross-sectional view of a magnetoresistive film used in the magnetic thin film memory element.

【0070】この磁気薄膜メモリ素子は、基板21としてSiウエハーが用いられており、その表面を酸化処理することで、約1μmのSiO 2膜22が形成されている。 [0070] The magnetic thin film memory element is Si wafer is used as the substrate 21, by oxidizing the surface thereof, SiO 2 film 22 of about 1μm is formed. SiO 2膜22上部には、膜厚50nmのAl 50 The upper SiO 2 film 22, a thickness of 50 nm Al 50 C
50膜によりなるワード線23が形成され、さらにその上部にn型半導体24、p型半導体25、熱遮断膜26 u 50 is the word line 23 is formed comprising a film, further n-type semiconductor 24 to its upper, p-type semiconductor 25, the heat blocking film 26
が順次積層されている。 There are sequentially laminated. 熱遮断膜26には、膜厚100 The heat blocking layer 26 has a thickness 100
nmのTiを用いている。 It is used nm of Ti.

【0071】熱遮断膜26の上部には磁気抵抗効果膜4 [0071] magnetoresistive film 4 on the upper portion of the thermal blocking layer 26
0、膜厚50nmのAl 50 Cu 50膜よりなるビット線2 0, the bit line 2 made of Al 50 Cu 50 film having a thickness of 50nm
7が形成されており、さらにその上部に絶縁膜28、下部電極29、発熱体30が形成されている。 7 is formed, and further the insulating film 28 on the top, bottom electrode 29, heating element 30 is formed. 発熱体30 Heating element 30
は、磁気抵抗効果膜40を昇温するためのもので、磁気抵抗効果膜40上にビット線27上部の電気絶縁膜28 Is for raising the temperature of the magnetoresistive film 40, the magnetoresistive film 40 bit lines on 27 top of the electrical insulating film 28
を介して形成されており、その下部において膜厚50n The are formed through the thickness 50n in the lower part
mのAl 50 Cu 50膜よりなる下部電極29と電気的に接続されている。 m Al 50 Cu 50 is the lower electrode 29 and electrically connected consisting film. ここでは、発熱体30に膜厚100nm Here, the film thickness 100nm to the heating element 30
のNi 75 Cr 23 Mn 2を用いている。 It is used in the Ni 75 Cr 23 Mn 2.

【0072】発熱体30の上部には、膜厚100nmのTi膜よりなる熱遮断膜31が形成され、さらにその上にp型半導体32、n型半導体33、膜厚50nmのA [0072] At the top of the heating element 30, the heat blocking film 31 made of Ti film having a film thickness of 100nm is formed, further p-type semiconductor 32, n-type semiconductor 33 thereon, having a thickness of 50 nm A
50 Cu 50膜よりなる上部電極34が形成されている。 l 50 Cu 50 upper electrode 34 made of film is formed.
上部電極34の上部には、記録情報再生時に外部より磁界を印加するために、絶縁層35を介して膜厚100n At the top of the upper electrode 34, for applying a magnetic field from the outside at the time of recording information reproducing, the film thickness with an insulating layer 35 100n
mのAlよりなる導線36が形成されている。 Wire 36 of Al of m are formed.

【0073】磁気抵抗効果膜40は、前述の図1に示した磁気抵抗効果膜を基本とするもので、図8に示すように反強磁性層50、磁性層41、非磁性層42、磁性層43〜46、48、反強磁性層49が順次積層されてなる多層膜構造を有する。 [0073] magnetoresistive film 40 is intended to be based on the magnetoresistive effect film shown in FIG. 1 described above, the antiferromagnetic layer 50 as shown in FIG. 8, the magnetic layer 41, nonmagnetic layer 42, a magnetic layer 43~46,48 has a multilayer structure the antiferromagnetic layer 49 is formed by sequentially stacking. 磁性層41、非磁性層42、磁性層43〜46がそれぞれ図1に示した磁性層1、非磁性層2、磁性層3〜6に対応する。 Magnetic layer 41, nonmagnetic layer 42, magnetic layer 43 to 46 is a magnetic layer 1 shown in FIG. 1, respectively, the non-magnetic layer 2, corresponding to the magnetic layer 3-6. また、磁性層48は図4に示した磁性層8に対応する。 Further, the magnetic layer 48 corresponding to the magnetic layer 8 shown in FIG. 反強磁性層49は、 Antiferromagnetic layer 49,
磁性層46の磁化方向を固定するためのもので、その一方向異方性の方向は固定されており、磁性層46と交換結合されている。 Intended for fixing the magnetization direction of the magnetic layer 46, the direction of the unidirectional anisotropy is fixed, and is exchange-coupled with the magnetic layer 46. 反強磁性層50は、磁性層1の磁化方向を固定するためのもので、その磁化方向は固定されており、磁性層1と交換結合されている。 The antiferromagnetic layer 50 serves to fix the magnetization direction of the magnetic layer 1, the magnetization direction is fixed, and is exchange-coupled to the magnetic layer 1.

【0074】本例では、反強磁性層50は膜厚5nmのMn 70 Ir 30膜、磁性層41は膜厚10nmのCo 50 [0074] In this embodiment, the antiferromagnetic layer 50 having a thickness of 5 nm Mn 70 Ir 30 film, Co 50 F of the magnetic layer 41 has a thickness 10nm
50膜、非磁性層42は膜厚2nmのAl 23膜、磁性層43は膜厚5nmのCo 50 Fe 50膜、磁性層44は膜厚2nmのCo膜、磁性層45は膜厚3nmのNi 92 e 50 film, the non-magnetic layer 42 having a thickness of 2nm Al 2 O 3 film, the magnetic layer 43 is Co 50 Fe 50 film having a thickness of 5 nm, the magnetic layer 44 is Co film, a magnetic layer 45 having a thickness of 2nm the thickness 3nm of Ni 92 C
8膜、磁性層46は膜厚5nmのCo膜、磁性層48 r 8 film, a magnetic layer 46 has a thickness 5nm of the Co film, the magnetic layer 48
は膜厚5nmのFe 80 Cr 20膜、反強磁性層49は膜厚5nmのMn 70 Ir 30膜とした。 And the Fe 80 Cr 20 film having a thickness of 5 nm, the antiferromagnetic layer 49 and Mn 70 Ir 30 film having a thickness of 5 nm. また、各磁性層を成膜する際には、右方向に磁界を印加し、磁性層に一軸異方性を誘起させるとともに、磁性層1と磁性層6の磁化方向を右方向に固定している。 Further, in forming the respective magnetic layers, a magnetic field is applied in the right direction, it causes induced uniaxial anisotropy in the magnetic layer, to fix the magnetization direction of the magnetic layer 1 and the magnetic layer 6 in the right direction there.

【0075】以上のように構成される本例の磁気薄膜メモリ素子において、情報の記録は、上部電極34と下部電極29を介して、磁気抵抗効果薄膜40の上部に形成された発熱体30に電流を流して磁気抵抗効果薄膜40 [0075] In the magnetic thin film memory element constructed present embodiment as described above, the recording of information, via the upper electrode 34 and the lower electrode 29, the heating element 30 formed on top of the magnetoresistive film 40 magnetoresistive thin film by applying a current 40
を適当に昇温することにより行われる。 The carried out by suitably heated. 磁気抵抗効果薄膜40の温度は、発熱体30に流す電流の大きさを調整することで所望の温度とすることができる。 Temperature of the magnetoresistive film 40 may be a desired temperature by adjusting the magnitude of the current flowing through the heating element 30. 情報記録の際には、磁気抵抗効果薄膜40の膜面内左方向に磁界を印加する。 When information recording applies a magnetic field to the film surface in the left direction of the magnetoresistive film 40.

【0076】記録された情報の読み出しは、ワード線2 [0076] reading of the recorded information, the word line 2
3およびビット線27に定電流を流し、磁気薄膜メモリ素子にかかる電圧を検出することで行う。 3 and the bit line 27 passing a constant current is performed by detecting a voltage applied to the magnetic thin film memory element. このようにして検出される電圧値は、磁気抵抗効果薄膜40に記録された情報を伴った値を示す。 Voltage value detected in this way, shows the value obtained with the information recorded on the magnetoresistive film 40.

【0077】発熱体30による加熱により、磁気抵抗効果薄膜40を比較的高い記録温度T [0077] The heating by the heating element 30, a relatively high magnetic resistance effect film 40 recording temperature T Hまで昇温した後、 After the temperature was raised to H,
ワード線23およびビット線27に定電流を流して磁気薄膜メモリ素子にかかる電圧を測定し、次いで磁気抵抗効果薄膜40を比較的低い記録温度T Lまで昇温した後、ワード線23およびビット線27に定電流を流して磁気薄膜メモリ素子にかかる電圧を測定した結果、比較的高い記録温度T Hまで昇温した場合の電圧値は、比較的低い記録温度T Lまで昇温した場合の電圧値よりも高い値を示した。 The word line 23 and bit line 27 by supplying a constant current to measure the voltage across the magnetic thin film memory element, then, after the magnetoresistive film 40 was heated to a relatively low recording temperature T L, the word lines 23 and bit lines 27 the result of measuring the voltage across the magnetic thin film memory element by flowing a constant current, a relatively high voltage value of the recording when the temperature T and the temperature was raised to H is relatively low recording temperature T L to the voltage when the temperature was raised It showed a higher value than the value. この結果から、記録温度の違い(高低) From this result, the difference of the recording temperature (high and low)
に応じて1ビットの情報を記録できることが分かる。 It can be seen that can record one bit of information in accordance with the.

【0078】図9は、図7に示した磁気薄膜メモリ素子を複数有する磁気薄膜メモリの概略構成を示す回路図である。 [0078] Figure 9 is a circuit diagram showing the schematic structure of a magnetic thin film memory having a plurality of magnetic thin film memory element shown in FIG. 図9中、図7に示した構成と同じものには、同じ符号を付している。 In Figure 9, the same as the configuration shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.

【0079】この磁気薄膜メモリは、ワード線23、ビット線27が縦横に複数設けられ、それらの各交差部に磁気薄膜メモリ素子100が設けられている。 [0079] The magnetic thin film memory, the word line 23, bit line 27 is provided with a plurality vertically and horizontally, the magnetic thin film memory element 100 is provided at each intersection thereof. ワード線23に沿って磁界印加用の導線36および上部電極34 Conductor for the magnetic field applied along the word lines 23 36 and the upper electrode 34
が設けられ、ビット線27に沿って下部電極29が設けられている。 Is provided, the lower electrode 29 is provided along the bit line 27. 磁気薄膜メモリ素子100は行列状に複数配置されているが、いずれも同じ構成であるので、ここでは図9の右上に位置する磁気薄膜メモリ素子を例にとってその構成を詳細に説明する。 The magnetic thin film memory element 100 is arranged in plural and in a matrix, since they are the same configuration, here the structure will be described in detail a magnetic thin film memory element in the upper right of FIG. 9 as an example.

【0080】磁気薄膜メモリ素子100は、図7に示した構造のもので、磁気抵抗効果膜40、発熱体30、ダイオードD1(n型半導体24およびp型半導体2 [0080] The magnetic thin film memory element 100 is of a structure shown in FIG. 7, the magnetoresistive film 40, heating element 30, a diode D1 (n-type semiconductor 24 and the p-type semiconductor 2
5)、ダイオードD2(n型半導体33およびp型半導体32)を有する。 5), with a diode D2 (n-type semiconductor 33 and the p-type semiconductor 32). 磁気抵抗効果膜40は、一端がダイオードD1を介してワード線23と接続され、他端がビット線27と接続されている。 Magnetoresistive film 40 has one end connected to the word line 23 via the diode D1, the other end is connected to the bit line 27. 発熱体30は、一端がダイオードD2を介して上部電極34と接続され、他端が下部電極29と接続されている。 Heating element 30 has one end connected to the upper electrode 34 via the diode D2, the other end thereof is connected to the lower electrode 29.

【0081】ワード線23の一端はトランジスタTr3 [0081] One end of each word line 23, the transistor Tr3
の一方の端子と接続されている。 It is connected to one terminal of the. トランジスタTr3の他方の端子は固定抵抗Rの一端に接続されるとともに、 With the other terminal of the transistor Tr3 is connected to one end of the fixed resistor R,
センスアンプSAの一方の入力端子に接続されている。 It is connected to one input terminal of the sense amplifier SA.
固定抵抗Rの他端は、電源101を介して接地されている。 The other end of the fixed resistor R is grounded through the power supply 101. ビット線27の一端はトランジスタTr4、Tr5 One end of the bit line 27, the transistor Tr4, Tr5
の一方の端子にそれぞれ接続されている。 They are respectively connected to one terminal of. トランジスタTr5の他方の端子は接地され、トランジスタTr4の他方の端子は電源102を介して接地されている。 The other terminal of the transistor Tr5 is grounded, the other terminal of the transistor Tr4 is grounded through the power supply 102.

【0082】上部電極34の一端はトランジスタTr1 [0082] One end of the upper electrode 34, the transistor Tr1
の一方の端子に接続されている。 It is connected to one terminal of the. トランジスタTr1の他方の端子は、電源103を介して接地されている。 The other terminal of the transistor Tr1 is grounded through the power supply 103. 下部電極29の一端はトランジスタTr6を介して接地され、導線36の一端はトランジスタTr2を介して接地されている。 One end of the lower electrode 29 is grounded through the transistor Tr6, one end of the conductor 36 is grounded through the transistor Tr2.

【0083】次に、この磁気薄膜メモリの情報記録動作について説明する。 Next, a description will be given information recording operation of the magnetic thin film memory.

【0084】トランジスタTr1、Tr6をそれぞれオンにすることにより、上部電極34と下部電極29を介して発熱体30に所望の大きさの電流を流すことができ、これにより、磁気抵抗効果薄膜40を所望の記録温度に昇温して情報を記録することができる。 [0084] By turning on the transistor Tr1, Tr6, respectively, can flow a desired amount of current to the heating element 30 through the upper electrode 34 and the lower electrode 29, thereby, a magnetic resistance effect film 40 information can be recorded by heating to a desired recording temperature. 情報記録時には、トランジスタTr2をオンとして、導線36に所定の方向に所定の大きさの電流を流し、該導線36にて発生する磁界を磁気薄膜メモリ素子100の磁気抵抗効果薄膜40に対して印加する。 The recording information is applied, the transistor Tr2 as an ON, electric current of predetermined magnitude in the predetermined direction to the conductors 36, the magnetic field generated by the conductor line 36 with respect to the magneto-resistance effect thin film 40 of the magnetic thin film memory element 100 to. 本例では、磁気薄膜メモリ素子100が行列状に複数配置されており、各上部電極34に設けられているトランジスタTr1、各下部電極29に設けられているトランジスタTr6、各導線3 In this example, a magnetic thin film memory element 100 has a plurality arranged in a matrix, transistors Tr1 provided in the upper electrode 34, the transistor Tr6 is provided on the lower electrodes 29, each conductor 3
6に設けられているトランジスタTr2をそれぞれオン・オフ制御することにより、特定の磁気薄膜メモリ素子100の発熱体30に選択的に電流を流すことができ、 By each on-off control by which the transistor Tr2 which provided 6, can flow selectively current to the heating element 30 of the particular magnetic thin film memory element 100,
その磁気抵抗効果薄膜40に対して磁界を印加することができる。 It is possible to apply a magnetic field to the magneto-resistance effect thin film 40.

【0085】続いて、記録情報の読み出し動作について説明する。 [0085] Next, an explanation will be made of the read operation of the recording information.

【0086】まず、選択する磁気薄膜メモリ素子10 [0086] First, a magnetic thin film memory element to select 10
0に接続されているビット線27のトランジスタTr5 Transistor Tr5 of the bit line 27 connected to the 0
をオンにし、トランジスタTr4をオフにする。 A turn on, to turn off the transistor Tr4. これ以外のビット線については、その逆の状態、すなわちトランジスタTr5をオフにし、トランジスタTr4をオンにする。 For other bit lines, the reverse situation, namely to turn off the transistors Tr5, to turn on the transistor Tr4. また、選択する磁気薄膜メモリ素子100に接続されているワード線23のトランジスタTr3をオンにする。 Further, to turn on the transistor Tr3 of the word line 23 connected to the magnetic thin film memory device 100 to be selected. ここで、ワード線23に電源電圧(電源10 Here, the word line 23 supply voltage (power supply 10
1)はビット線27に接続されている電源電圧(電源1 1) The power supply voltage connected to the bit line 27 (power supply 1
02)よりも若干低い値であり、その電圧の差は磁気薄膜メモリ素子100を構成するダイオードD1のツェナー電圧よりも小さくなるように設定されている。 02) is slightly lower than, the difference between the voltages is set to be smaller than the Zener voltage of diode D1 constituting the magnetic thin film memory device 100. このため、選択する磁気薄膜メモリ素子100の磁気抵抗効果膜40の一端はダイオードD1を介してプラスの電圧が印加され、他端はグランドに落ちた状態になり、その磁気抵抗効果膜40に定電流が流れる。 Therefore, one end of the magnetoresistive film 40 of the magnetic thin film memory device 100 to select the positive voltage is applied through the diode D1, the other end is ready fell to the ground, the constant in the magnetoresistive film 40 current flows. なお、その他の磁気薄膜メモリ素子では、トランジスタTr4がオンとされているためにビット線側に高い電圧が印加されることとなり、ダイオードの働きにより磁気抵抗効果膜には電流は流れない。 In the other magnetic thin film memory element, it becomes possible to high voltage on the bit line side is applied to the transistor Tr4 is turned on, no current flows in the magnetoresistive film by the function of the diode.

【0087】上記のようにして選択された磁気薄膜メモリ素子100の磁気抵抗効果膜40に定電流を流した状態で、導線36に所定の方向に電流を流して磁界を発生させる。 [0087] while flowing a constant current to the magnetoresistive film 40 of the magnetic thin film memory element 100 is selected as described above, by applying a current to the wire 36 in a predetermined direction to generate a magnetic field. 選択された磁気薄膜メモリ素子100の磁気抵抗効果膜40の非磁性層を介して積層されている読み出し層(磁性層41(磁化方向は固定))および記録層(磁性層43)の磁化方向が反平行か、平行かで磁気抵抗効果膜40の抵抗が異なる。 The magnetization direction of the non-magnetic layer readout layer are stacked via (magnetic layer 41 (the magnetization direction is fixed)) and the recording layer of the magnetoresistive film 40 of the magnetic thin film memory element 100 is selected (magnetic layer 43) antiparallel or resistance of the magnetoresistive film 40 are different or parallel.

【0088】選択された磁気薄膜メモリ素子100の磁気抵抗効果膜40と固定抵抗Rは直列に接続されているので、それぞれの抵抗にかかる電位差はそれらの抵抗値の比率に比例し、それらの抵抗にかかる電位差の和は2つの電源(101、102)の電圧の差で一定である。 [0088] Since the magneto-resistance effect film 40 and the fixed resistance R of the magnetic thin film memory element 100 selected are connected in series, a potential difference according to respective resistors is proportional to the ratio of their resistance values, those resistance the sum of such potential difference is constant the difference between the voltages of the two power (101, 102). したがって、磁気抵抗効果膜40の抵抗値が異なると、この磁気抵抗効果膜40にかかる電位差も異なることになる。 Therefore, when the resistance value of the magnetoresistive film 40 is different, it becomes different potential differences in accordance with the magnetoresistive film 40. この電位差の大小をセンスアンプSAで検出することにより、記録情報を読み出す。 By detecting the magnitude of the potential difference by the sense amplifier SA, it reads the recorded information.

【0089】(実施例2)図10は、本発明の第2の実施例の磁気薄膜メモリ素子の概略構成を示す断面図、図11は、その磁気薄膜メモリ素子に用いられる磁気抵抗効果膜の断面図である。 [0089] (Embodiment 2) FIG. 10 is a sectional view showing a schematic configuration of a magnetic thin film memory element according to a second embodiment of the present invention, FIG. 11, the magnetoresistive film used in the magnetic thin film memory element it is a cross-sectional view.

【0090】この磁気薄膜メモリ素子は、導線36および絶縁層35が無いこと、磁気抵抗効果膜40の構成が異なること以外は上述の第1の実施例のものと同様のものである。 [0090] The magnetic thin film memory element, that there is no conductor 36 and the insulating layer 35, except for the configuration of the magnetoresistive effect film 40 is different is the same as those of the first embodiment described above.

【0091】磁気抵抗効果膜40は、前述の図6に示した磁気抵抗効果膜を基本とするもので、図11に示すように磁性層41、非磁性層42、磁性層43、48、4 [0091] magnetoresistive film 40 is intended to be based on the magnetoresistive effect film shown in FIG. 6 above, the magnetic layer 41 as shown in FIG. 11, the non-magnetic layer 42, magnetic layer 43,48,4
4〜46が順次積層され、さらに磁性層46の側に該磁性層46とは接しないように磁性層47が設けられた多層膜構造を有する。 4-46 are sequentially stacked, further comprising a multilayered structure in which the magnetic layer 47 is provided so as not to contact with the magnetic layer 46 on the side of the magnetic layer 46. 磁性層41、非磁性層42、磁性層43〜47はそれぞれ図6に示した磁性層1、非磁性層2、磁性層3〜7に対応する。 Magnetic layer 41, nonmagnetic layer 42, magnetic layer 43 to 47 is a magnetic layer 1 shown in FIG. 6, respectively, the non-magnetic layer 2, corresponding to the magnetic layer 3-7. また、磁性層48は、磁性層44との交換結合力によって磁性層43の磁化方向が反転して記録情報が消失することを防ぐために設けられたもので、図4に示した磁性層8と同様の働きをする。 Further, the magnetic layer 48, in which the exchange coupling force between the magnetic layer 44 is the magnetization direction of the magnetic layer 43 is provided to prevent recorded information is inverted disappears, the magnetic layer 8 shown in FIG. 4 the same function.

【0092】本例では、磁性層41に膜厚10nmのG [0092] In this embodiment, G of thickness 10nm in the magnetic layer 41
26 Co 74膜、非磁性層42に膜厚2nmのAl 2 d 26 Co 74 film, a film thickness of 2nm in the non-magnetic layer 42 Al 2 O
3膜、磁性層43に膜厚10nmのTb 22 Fe 75 Co 3 film, the thickness of 10nm on the magnetic layer 43 Tb 22 Fe 75 Co
3膜、磁性層44に膜厚20nmのDy 20 Fe 62 Co 18 3 film, Dy of thickness 20nm magnetic layer 44 20 Fe 62 Co 18
膜、磁性層45に膜厚3nmのTb Film, Tb having a thickness of 3nm to the magnetic layer 45 17 Fe 83膜、磁性層46に膜厚30nmのTb 22 Co 78 、磁性層47に膜厚20nmのTb 18 Fe 41 Co 41膜、磁性層48に膜厚5 17 Fe 83 film, Tb 22 Co 78 having a thickness of 30nm on the magnetic layer 46, thickness 5 to the magnetic layer 47 thickness 20nm of Tb 18 Fe 41 Co 41 film, the magnetic layer 48
nmのGd 32 Co 68膜を用いた。 Using nm of Gd 32 Co 68 film. 情報を保持する磁性層43の保磁力は、ここでは6MA/m以上と著しく大きくした。 Coercive force of the magnetic layer 43 that holds information was significantly large as 6 MA / m or more here.

【0093】上述した条件で作製した磁気薄膜メモリ素子を200℃まで加熱し、同時に磁気抵抗効果薄膜40 [0093] The magnetic thin film memory element manufactured in the conditions described above was heated to 200 ° C., the magneto-resistance effect thin film 40 at the same time
に対して膜面法線方向上向きに1.6MA/mの大きさの磁界を印加し、磁性層46の磁化方向を上向きに向けた後、室温において膜面法線方向下向きに1MA/mの大きさの磁界を印加して磁性層47の磁化方向を下向きに向けた。 Against the film surface normal direction upward 1.6 MA / m by applying a magnitude magnetic field, after directed upward magnetization direction of the magnetic layer 46, the film surface normal direction downward at room temperature for 1 MA / m by applying a magnetic field of magnitude toward the magnetization direction of the magnetic layer 47 downwards.

【0094】上記のような処理を施した磁気薄膜メモリ素子において、上述の第1の実施例の場合と同様に、発熱体30による加熱により、磁気抵抗効果薄膜40を比較的高い記録温度T Hまで昇温した後、ワード線23およびビット線27に定電流を流して磁気薄膜メモリ素子にかかる電圧を測定し、次いで磁気抵抗効果薄膜40を比較的低い記録温度T Lまで昇温した後、ワード線23 [0094] In the magnetic thin film memory device which has been subjected to treatment as described above, as in the first embodiment described above, by heating with the heating element 30, a relatively high recording temperature of the magnetoresistive film 40 T H after raising the temperature to measure the voltage across the magnetic thin film memory element by applying a constant current to the word line 23 and bit line 27, then, after the magnetoresistive film 40 was heated to a relatively low recording temperature T L, word line 23
およびビット線27に定電流を流して磁気薄膜メモリ素子にかかる電圧を測定した結果、比較的高い記録温度T And the bit lines 27 by supplying a constant current results of measuring the voltage across the magnetic thin film memory element, a relatively high recording temperature T
Hまで昇温した場合の電圧値は、比較的低い記録温度T L Voltage value when the temperature was raised to H is relatively low recording temperature T L
まで昇温した場合の電圧値よりも高い値を示した。 It was higher than the voltage value when the temperature was raised up to. この結果から、記録温度の違い(高低)に応じて1ビットの情報を記録できることが分かる。 The results show that it is possible to record one bit of information in accordance with the difference of recording temperature (high and low).

【0095】図12は、図10に示した磁気薄膜メモリ素子を複数有する磁気薄膜メモリの概略構成を示す回路図である。 [0095] Figure 12 is a circuit diagram showing the schematic structure of a magnetic thin film memory having a plurality of magnetic thin film memory element shown in FIG. 10. この磁気薄膜メモリは、導線36およびトランジスタTR2が無いこと、磁気薄膜メモリ素子100 The magnetic thin film memory, it no conductor 36 and the transistor TR2, a magnetic thin film memory element 100
の構成が異なること以外は、上述の図9に示したものと同じである。 Except for the configuration of the different, it is the same as that shown in FIG. 9 described above. 図12中、図9に示した構成と同じものには、同じ符号を付している。 In Figure 12, the same as the configuration shown in FIG. 9 are designated by the same reference numerals.

【0096】この磁気薄膜メモリは、磁気薄膜メモリ素子100として図10に示した磁気薄膜メモリ素子が用いられている。 [0096] The magnetic thin film memory, the magnetic thin film memory element is used as shown in FIG. 10 as a magnetic thin film memory device 100. 情報記録は、図9に示した磁気薄膜メモリにおける動作と基本的には同じであるが、情報記録時に印加される磁界として、導線36にて発生する磁界に代えて、磁気薄膜メモリ素子100を構成する磁性層4 Information recording is the same as the operation basically in the magnetic thin film memory shown in FIG. 9, as the magnetic field applied during the recording of information, in place of the magnetic field generated by conductor 36, a magnetic thin film memory element 100 magnetic layer 4 constituting
7にて発生する浮遊磁界が用られる。 Floating magnetic field generated in the 7 is use. よって、本例の磁気薄膜メモリにおける記録動作では、図9に示した磁気薄膜メモリにおける記録動作で必要であった、「トランジスタTr2をオンとして、導線36に所定の方向に所定の大きさの電流を流し、該導線36にて発生する磁界を磁気薄膜メモリ素子100の磁気抵抗効果薄膜40に対して印加する」という動作が必要なくなる。 Therefore, in the recording operation in the magnetic thin film memory of this example, was required in the recording operation in the magnetic thin film memory shown in FIG. 9, it turns on the "transistor Tr2, the predetermined on lead 36 in a predetermined direction the magnitude of the current the flow is applied to the magnetic resistance effect film 40 of the magnetic thin film memory element 100 the magnetic field generated by the conductor line 36 "operation is not required that. これ以外の記録動作は、図9に示した磁気薄膜メモリにおける動作と同じである。 Other recording operation is the same as the operation in the magnetic thin film memory shown in FIG.

【0097】また、記録情報の読み出しについても、導線36にて発生する磁界に代えて磁気薄膜メモリ素子1 [0097] As for the reading of the recorded information, a magnetic thin film memory element 1 in place of the magnetic field generated by conductor 36
00を構成する磁性層47にて発生する浮遊磁界が用られるので、図9に示した磁気薄膜メモリにおける読み出し動作〜のうち、の動作が必要なくなる。 Stray magnetic field generated in the magnetic layer 47 constituting the 00 is use, among the read operation - in the magnetic thin film memory shown in FIG. 9, the operation is not required of. したがって、動作の後に、動作に移って、磁気抵抗効果膜40にかかる電位差の大小がセンスアンプSAで検出され、記録情報が読み出される。 Therefore, after the operation moves on to operation, the magnitude of the potential difference applied to the magnetoresistive film 40 is detected by the sense amplifier SA, the recording information is read out.

【0098】 [0098]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 As described in the foregoing, according to the present invention,
基本的には記録層内で生じる交換結合力によって情報の記録が行われるので、小さな印加磁界によって磁化の方向を反転することが困難な磁性体を用いた場合であっても、印加磁界を大きくすることなく記録が可能である。 Since the basic information is recorded by the exchange coupling force occurring in the recording layer, even if by a small applied magnetic field to reverse the direction of magnetization with a hard magnetic material, a large applied magnetic field recording is possible without.
よって、記録層の磁性体の組成、成膜条件、膜構成等の選択性を向上させることができ、結果的に、製造における歩留まりの向上を図ることができる。 Thus, the magnetic material composition, deposition conditions of the recording layer, it is possible to improve the selectivity of such film structure, as a result, it is possible to improve the yield in manufacturing.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の磁気薄膜メモリ素子に用いらる磁気抵抗効果膜の一実施形態を示す断面構造図である。 1 is a sectional view showing an embodiment of Mochiiraru magnetoresistive film to the magnetic thin film memory element of the present invention.

【図2】図1に示す磁気抵抗効果膜を用いた場合の情報記録プロセスを説明するための概念図で、(a)は「1」が記録されているときの磁化方向を示す模式図、 [Figure 2] a conceptual diagram for explaining an information recording process in the case of using the magnetoresistive effect film shown in FIG. 1, (a) is a schematic view showing the magnetization direction when "1" is recorded,
(b)は比較的低い記録温度T Lまで昇温したときの磁化方向を示す模式図、(c)は比較的高い記録温度T H (B) is a schematic diagram showing a magnetization direction when raising the temperature to a relatively low recording temperature T L, (c) a relatively high recording temperature T H
まで昇温したときの磁化方向を示す模式図、(d)は「0」が記録されているときの磁化方向を示す模式図である。 Schematic view showing the magnetization direction when the temperature was raised to, is a schematic diagram showing a magnetization direction when being recorded (d) are "0".

【図3】図1に示す磁気抵抗効果膜の一変形例である、 A modification of the magnetoresistive film shown in FIG. 3 FIG. 1,
外部磁界なしに情報の記録を行うことが可能な磁気抵抗効果膜における磁化方向と浮遊磁界の方向を模式的に示す断面図である。 The direction of the magnetization direction stray magnetic field in the magnetoresistive film capable of recording information without an external magnetic field is a cross-sectional view schematically showing.

【図4】図1に示す磁気抵抗効果膜の一変形例を示す図である。 Is a diagram illustrating a modification of the magnetoresistive film shown in FIG. 1; FIG.

【図5】図1に示す磁気抵抗効果膜の各磁性層に垂直磁化膜を用いた場合の情報記録プロセスを説明するための概念図で、(a)は「1」が記録されているときの磁化方向を示す模式図、(b)は比較的低い記録温度T Lまで昇温したときの磁化方向を示す模式図、(c)は比較的高い記録温度T Hまで昇温したときの磁化方向を示す模式図、(d)は「0」が記録されているときの磁化方向を示す模式図である。 [5] a conceptual diagram for explaining an information recording process in the case of using the perpendicular magnetization film to the magnetic layer of the magnetoresistive film shown in FIG. 1, (a) when "1" is recorded schematic view showing the magnetization direction of, (b) is a schematic diagram showing a magnetization direction when raising the temperature to a relatively low recording temperature T L, when the temperature was raised to (c) is relatively high recording temperature T H magnetization schematic diagram showing the direction is a schematic diagram showing a magnetization direction when being recorded (d) are "0".

【図6】図1に示す磁気抵抗効果膜の一変形例である、 6 is a modification of the magnetoresistive film shown in FIG. 1,
外部磁界なしに情報の記録を行うことが可能な磁気抵抗効果膜における磁化方向と浮遊磁界の方向を模式的に示す断面図である。 The direction of the magnetization direction stray magnetic field in the magnetoresistive film capable of recording information without an external magnetic field is a cross-sectional view schematically showing.

【図7】本発明の第1の実施例の磁気薄膜メモリ素子の概略構成を示す断面図である。 7 is a sectional view showing a schematic configuration of a magnetic thin film memory device of the first embodiment of the present invention.

【図8】図7に示す磁気薄膜メモリ素子に用いられる磁気抵抗効果膜の断面図である。 8 is a cross-sectional view of a magnetoresistive film for use in a magnetic thin film memory element shown in FIG.

【図9】図7に示した磁気薄膜メモリ素子を複数有する磁気薄膜メモリの概略構成を示す回路図である。 9 is a circuit diagram showing the schematic structure of a magnetic thin film memory having a plurality of magnetic thin film memory element shown in FIG.

【図10】本発明の第2の実施例の磁気薄膜メモリ素子の概略構成を示す断面図である。 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a magnetic thin film memory element according to a second embodiment of the present invention.

【図11】図10に示す磁気薄膜メモリに用いられる磁気抵抗効果膜の断面図である。 11 is a cross-sectional view of a magnetoresistive film for use in a magnetic thin film memory shown in FIG. 10.

【図12】図10に示す磁気薄膜メモリ素子を複数有する磁気薄膜メモリの概略構成を示す回路図である。 Is a circuit diagram showing the schematic structure of a magnetic thin film memory having a plurality of magnetic thin film memory element shown in FIG. 12 FIG. 10.

【図13】面内磁化膜を用いた従来の磁気抵抗効果膜の電気抵抗を説明するための図で、(a)は磁気抵抗効果膜の磁化が平行な状態を模式的に示す断面図、(b)は磁気抵抗効果膜の磁化が反平行な状態を模式的に示す断面図である。 [13] a diagram for explaining the electrical resistance of the conventional magnetoresistive film using an in-plane magnetization film, (a) shows the cross-sectional view showing a magnetization parallel state of the magnetoresistive film schematically, (b) is a sectional view schematically showing magnetization antiparallel state of the magnetoresistive film.

【図14】面内磁化膜を用いた従来の磁気抵抗効果膜における記録再生原理を説明するための図で、(a)および(b)は、記録情報「1」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図、(c)および(d) [14] a diagram for explaining the reproducing principle of a conventional magnetoresistive film using an in-plane magnetization film, (a) and (b), the magnetization of the case of reading recorded information "1" sectional view showing a state schematically, (c) and (d)
は、記録情報「0」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図である。 Is a cross-sectional view schematically showing a state of magnetization in the case of reading recorded information "0".

【図15】垂直磁化膜を用いた従来の磁気抵抗効果膜における記録再生原理を説明するための図で、(a)および(b)は、記録情報「1」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図、(c)および(d) [15] a diagram for explaining the reproducing principle of a conventional magnetoresistive film using a perpendicular magnetization film, (a) and (b), the magnetization in the case of reading recorded information "1" sectional view schematically showing a state, (c) and (d)
は、記録情報「0」の読み出しを行う場合の磁化の状態を模式的に示す断面図である。 Is a cross-sectional view schematically showing a state of magnetization in the case of reading recorded information "0".

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1、3〜8、41、43〜48、141、143 磁性層 2、42、142 非磁性層 49、50 反強磁性層 10 外部磁界 20 浮遊磁界 21 基板 22 SiO 2膜 23 ワード線 24、33 n型半導体 25、32 p型半導体 26、31 熱遮断膜 27 ビット線 28、35 絶縁膜 29 下部電極 30 発熱体 34 上部電極 36 導線 40 磁気抵抗効果膜 100 磁気薄膜メモリ素子 Tr1〜Tr6 トランジスタ 101〜103 電源 SA センスアンプ R 固定抵抗 D1、D2 ダイオード 1,3~8,41,43~48,141,143 magnetic layer 2,42,142 nonmagnetic layer 49 antiferromagnetic layer 10 external magnetic 20 stray magnetic field 21 substrate 22 SiO 2 film 23 word lines 24 and 33 n-type semiconductor 25, 32 p-type semiconductor 26 and 31 heat-blocking film 27 bit lines 28, 35 insulating film 29 lower electrode 30 heating element 34 upper electrode 36 wire 40 magnetoresistive film 100 magnetic thin film memory element Tr1~Tr6 transistor 101 to 103 power SA a sense amplifier R fixed resistance D1, D2 diode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 7識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 43/08 G01R 33/06 R ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (51) Int.Cl. 7 identification mark FI theme Court Bu (reference) H01L 43/08 G01R 33/06 R

Claims (18)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 読み出し層および記録層が非磁性層を介して積層された磁気薄膜メモリ素子において、 前記読み出し層は、その磁化方向が所定の方向に固定され、 前記記録層は、隣接する層間で互いに磁気的に交換結合される複数の磁性層が積層されており、記録温度の高低に応じて、前記非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向が該記録層内で生じる交換結合力によって反転可能であることを特徴とする磁気薄膜メモリ素子。 1. A magnetic thin film memory element readout layer and the recording layer are laminated via a non-magnetic layer, an interlayer said readout layer has its magnetization direction fixed in a predetermined direction, the recording layer is adjacent in which a plurality of magnetic layers laminated are magnetically exchange-coupled to each other, according to the level of the recording temperature, by exchange coupling forces the magnetization direction of the magnetic layer adjacent to the nonmagnetic layer occurs in the recording layer the magnetic thin film memory element characterized by reversible.
  2. 【請求項2】 記録層は、少なくとも第1乃至第4の磁性層が順次積層されており、該第1乃至第4の磁性層は、それぞれの磁性層のキュリー温度が、 第3の磁性層<第1の磁性層<第2の磁性層<第4の磁性層の関係にあり、第4の磁性層の磁化方向が所定の方向に固定されており、 記録温度の高低に応じて前記第1の磁性層に1ビットの情報が記録可能であることを特徴とする請求項1に記載の磁気薄膜メモリ素子。 Wherein the recording layer includes at least first to have the fourth magnetic layer are sequentially stacked, the first to fourth magnetic layer, the Curie temperature of each magnetic layer, third magnetic layer <have a relationship of the first magnetic layer <the second magnetic layer <the fourth magnetic layer, the magnetization direction of the fourth magnetic layer is fixed in a predetermined direction, in response to said high and low recording temperature first the magnetic thin film memory element according to claim 1, one bit of information in one of the magnetic layer is characterized in that it is recording.
  3. 【請求項3】 高い方の記録温度において所定の大きさで所定の方向の磁化を持ち、該磁化により発生する浮遊磁界によって第2の磁性層の磁化の反転が可能な第5の磁性層をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の磁気薄膜メモリ素子。 3. A higher recording temperature have a magnetization in a predetermined direction at a predetermined magnitude, the fifth magnetic layer inversion that can be of the magnetization of the second magnetic layer by a stray magnetic field generated by the magnetization of the the magnetic thin film memory element according to claim 2, characterized in that it comprises further.
  4. 【請求項4】 第1の磁性層と第2の磁性層との間に、 Between 4. A first magnetic layer and the second magnetic layer,
    これら磁性層の磁化方向が反平行である場合に層内に所定のエネルギーの磁壁が形成される第6の磁性層を有することを特徴とする請求項2に記載の磁気薄膜メモリ素子。 The magnetic thin film memory element according to claim 2, wherein the magnetization directions of the magnetic layer has a sixth magnetic layer of the magnetic wall of a given energy in the layer when it is anti-parallel are formed.
  5. 【請求項5】 ネール温度が記録温度より高い反強磁性層が第4の磁性層に隣接して設けられていることを特徴とする請求項2に記載の磁気薄膜メモリ素子。 5. A magnetic thin film memory element according to claim 2, Neel temperature, characterized in that the antiferromagnetic layer is higher than the recording temperature is provided adjacent to the fourth magnetic layer.
  6. 【請求項6】 ネール温度が記録温度より高い反強磁性層が読み出し層に隣接して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の磁気薄膜メモリ素子。 6. The magnetic thin film memory element according to claim 1, Neel temperature is higher than the recording temperature antiferromagnetic layer, characterized in that provided adjacent to the readout layer.
  7. 【請求項7】 読み出し層および記録層を構成する磁性層が面内磁化膜であることを特徴とする請求項1に記載の磁気薄膜メモリ素子。 7. A magnetic thin film memory element according to claim 1, magnetic layer constituting the readout layer and the recording layer and wherein the in-plane magnetization film.
  8. 【請求項8】 読み出し層および記録層を構成する各磁性層が垂直磁化膜であることを特徴とする請求項1に記載の磁気薄膜メモリ素子。 8. A magnetic thin film memory element according to claim 1, each of the magnetic layers constituting the readout layer and the recording layer is characterized in that it is a perpendicular magnetization film.
  9. 【請求項9】 垂直磁化膜が希土類と遷移金属の合金からなることを特徴とする請求項8に記載の磁気薄膜メモリ素子。 9. The magnetic thin film memory device according to claim 8, perpendicular magnetization film is characterized by comprising an alloy of transition metals and rare earths.
  10. 【請求項10】 読み出し層および記録層を構成する磁性層がスピン依存トンネル効果膜であることを特徴とする請求項1に記載の磁気薄膜メモリ素子。 10. A magnetic thin film memory element according to claim 1, magnetic layer constituting the readout layer and the recording layer is characterized in that it is a spin-dependent tunneling effect film.
  11. 【請求項11】 請求項1乃至10のいずれかに記載の磁気薄膜メモリ素子が複数設けられ、これら磁気薄膜メモリ素子を選択的に昇温する加熱手段を備えることを特徴とする磁気薄膜メモリ。 11. A magnetic thin film memory element according to any one of claims 1 to 10 is provided with a plurality of magnetic thin film memory, characterized in that it comprises heating means for selectively heat a magnetic thin film memory element.
  12. 【請求項12】 隣接する層間で互いに磁気的に交換結合される複数の磁性層からなる記録層と読み出し層とが非磁性層を介して積層された磁気薄膜メモリ素子の情報記録再生方法であって、 前記読み出し層の磁化を所定の方向に固定し、 前記複数の磁性層のうちの前記非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向を、記録温度の高低に応じて、前記記録層内で生じる交換結合力によって反転させて1ビットの情報を記録し、 前記読み出し層の磁化方向と前記非磁性層に隣接する磁性層の磁化方向が平行、反平行のそれぞれの場合における前記磁気薄膜メモリ素子の磁気抵抗値の違いを前記1 There at 12. comprising a plurality of magnetic layers are magnetically exchange-coupled to each other in adjacent layers the recording layer and the readout layer and the magnetic thin film memory element are laminated via a non-magnetic layer information recording and reproducing method Te, the magnetization of the readout layer is fixed in a predetermined direction, the magnetization direction of the magnetic layer adjacent to the nonmagnetic layer of the plurality of magnetic layers, according to the level of the recording temperature, in the recording layer by inverting record one bit of information by the exchange coupling force generated, the magnetization direction of the magnetic layer adjacent to the nonmagnetic layer and the magnetization direction of the readout layer is parallel, the magnetic thin film memory element in each case antiparallel wherein the difference in magnetic resistance of 1
    ビットの情報に対応づけて読み出すことを含むこと特徴とする情報記録再生方法。 Information recording and reproducing method characterized by comprising a reading in correspondence with the bit information.
  13. 【請求項13】 複数の磁性層として第1乃至第4の磁性層を用い、該第1乃至第4の磁性層のキュリー温度の関係を、 第3の磁性層<第1の磁性層<第2の磁性層<第4の磁性層とするととも、前記第4の磁性層の磁化方向を所定の方向に固定し、 記録層を前記第3の磁性層のキュリー温度よりも高い第1の記録温度に昇温して、前記第3の磁性層の磁化を滅磁するとともに、前記第1の磁性層の磁化反転を容易にし、前記第2の磁性層との交換結合力により前記第1の磁性層の磁化方向を前記第4の磁性層の磁化方向として第1の情報を記録し、 前記記録層を前記第1の記録温度より高い第2の記録温度に昇温するとともに、前記第2の磁性層に対して前記第4の磁性層の磁化方向とは反平行に印加される所定の大きさの磁界を印加して 13. Using the plurality of first to fourth as a magnetic layer of the magnetic layer, the Curie temperature of the relationship of the first to fourth magnetic layer, a third magnetic layer <the first magnetic layer <the second magnetic layer <both to the fourth magnetic layer, the magnetization direction of the fourth magnetic layer is fixed in a predetermined direction, the recording of the recording layer and the first higher than the Curie temperature of said third magnetic layer by heating to a temperature, while Metsu磁 the magnetization of the third magnetic layer, to facilitate magnetization reversal of the first magnetic layer, the first by an exchange coupling force between the second magnetic layer with the first information recorded magnetization direction of the magnetic layer as the magnetization direction of the fourth magnetic layer is heated the recording layer on the above first recording temperature second recording temperature, said second and the magnetization direction of the fourth magnetic layer of the magnetic layer applies a magnetic field of predetermined magnitude which is antiparallel to the applied 、前記第2の磁性層の磁化方向を前記磁界の方向に揃え、該第2の磁性層との交換結合力により前記第1の磁性層の磁化方向を前記第4の磁性層の磁化方向とは反平行として第2の情報を記録することを含むことを特徴とする請求項12に記載の情報記録再生方法。 , Align the magnetization direction of the second magnetic layer in the direction of the magnetic field, the magnetization direction of the fourth magnetic layer the magnetization direction of the first magnetic layer by the exchange coupling force with the second magnetic layer information recording and reproducing method according to claim 12, characterized in that it comprises recording a second information as antiparallel.
  14. 【請求項14】 第2の記録温度による情報記録時に印加される所定の大きさの磁界として外部磁界を用いることを特徴とする請求項13に記載の情報記録再生方法。 14. An information recording and reproduction method according to claim 13, characterized by using an external magnetic field as a predetermined magnitude magnetic field applied during the second recording temperature by the information recording.
  15. 【請求項15】 第2の記録温度において所定の大きさで所定の方向の磁化を持つ第5の磁性層を用い、該第5 15. The fifth magnetic layer used with the magnetization of the predetermined direction at a predetermined magnitude in the second recording temperature, said 5
    の磁性層が発生する浮遊磁界を前記第2の記録温度による情報記録時に印加される所定の大きさの磁界として用いることを特徴とする請求項13に記載の情報記録再生方法。 Information recording and reproducing method according to claim 13, characterized by using a stray magnetic field the magnetic layer occurs as the predetermined magnitude magnetic field applied during the recording of information by the second recording temperature.
  16. 【請求項16】 第1の磁性層と第2の磁性層との間に第6の磁性層を設けて、前記第1の磁性層の磁化方向と前記第2の磁性層の磁化方向が反平行である場合に、前記第6の磁性層内に所定のエネルギーの磁壁を形成することを特徴とする請求項13に記載の情報記録再生方法。 16. The sixth magnetic layer is provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer, the magnetization direction of the first magnetic layer magnetization direction and the second magnetic layer is anti when parallel, the information recording and reproducing method according to claim 13, characterized in that to form a domain wall of a predetermined energy to said sixth magnetic layer of.
  17. 【請求項17】 ネール温度が記録温度より高い反強磁性層を用いて第4の磁性層の磁化方向を固定することを特徴とする請求項13に記載の情報記録再生方法。 17. An information recording and reproducing method according to claim 13, Neel temperature, characterized in that to fix the magnetization direction of the fourth magnetic layer with a higher than the recording temperature antiferromagnetic layer.
  18. 【請求項18】 ネール温度が記録温度より高い反強磁性層を用いて読み出し層の磁化方向を固定することを特徴とする請求項13に記載の情報記録再生方法。 18. An information recording and reproducing method according to claim 13, Neel temperature, characterized in that to fix the magnetization direction of the readout layer with a higher than the recording temperature antiferromagnetic layer.
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