JP2008099287A - 二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路を提供する。
【解決手段】経路選択線１３０と磁気トランジスタユニット１００とを備えた、「０」および「１」の二進数を表わす磁気トランジスタ回路を開示する。電流が経路選択線１３０を流れる方向については、第１の電流方向１３１ａまたは第２の電流方向１３２ａとすることができ、第１の電流方向１３１ａと第２の電流方向１３２ａとが逆向きとなるとともに、それぞれデータ「１」および「０」を表わしている。磁気トランジスタユニット１００の出力端１７０が経路選択線１３０に接続されており、磁気トランジスタユニット１００は経路選択線１３０における電流の向きを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は「０」および「１」の二進数を表わすトランジスタ回路に関し、特に「０」および「１」の二進数を表わす磁気トランジスタ回路に関する。

巨大磁気抵抗効果（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ，ＧＭＲ）は一種の量子力学的現象であり、複数の磁性薄膜領域と非磁性薄膜領域とが互いに交差して形成された構造中に見られる。印加される外部磁場に基づいて、巨大磁気抵抗効果はゼロ磁場の高抵抗状態と高磁場の低抵抗状態との間の電気抵抗に関して顕著な変化を示す。

したがって、巨大磁気抵抗効果を利用して磁気トランジスタを設計することができる。よって、磁気トランジスタは磁気トランジスタ回路中に組み込むことが可能となるうえ、高価なプログラムおよび装置は必要なくなる。磁気トランジスタ回路の設計および製造では、短時間の構築でも、高い密度を提供することができる。

上記した理由によって、磁気トランジスタの特性を生かして、二進法データの「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路を製造することができる。

したがって、本発明では二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路を提供する。

本発明の一実施形態によれば、二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路は、経路選択線と磁気トランジスタユニットを備える。前記経路選択線には、第１の電流方向の電流、または第２の電流方向の電流を流すことができ、前記第１の電流方向と第２の電流方向とが逆向きとなるとともに、それぞれデータ「１」および「０」を表わす。前記磁気トランジスタユニットは、その出力端に接続された経路選択線に流れる電流の向きを制御する。

なお、前記した一般的な説明および下記の詳細な説明はいずれも例示的な説明であるとともに、特許請求の範囲の詳細な解釈に用いられることが理解できよう。

本発明の実施形態の詳細な説明を参考にするとともに、添付の図面を同時に参照されたい。

図面の全ては、本発明の説明を容易にするために作成されたものである。図面における構成要素の符号、位置、互いの関係および寸法は実施形態の内容の解読および認識を補助するものである。これ以外に、当業者であれば、下記の内容を読んだ後、必要とされる正確な比率、比重、比強度およびその他類似の要求を容易に理解できる。

図１は、二進法データ「１」および「０」を表す磁気トランジスタ回路を示す。「０」および「１」の二進数を表わす磁気トランジスタ回路は、経路選択線１３０と、磁気トランジスタユニット１００とを備えている。電流が経路選択線１３０を流れる方向は第１の電流方向１３１ａまたは第２の電流方向１３２ａであり、第１の電流方向１３１ａと第２の電流方向１３２ａが逆向きとされるとともに、それぞれデータ「１」および「０」を表わしている。磁気トランジスタユニット１００の出力端１７０は経路選択線１３０に接続されており、経路選択線１３０を流れる電流の向きを制御している。経路選択線１３０の材質は、例えば一般的な集積回路に常用される金属線といった、何らかの導電性物質とすることができる。

二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路は、経路選択線１３０と低電圧端１４０との間に位置して接続されているコンデンサ１６０を更に備える。したがって、コンデンサ１６０は経路選択線１３０の末端１６１および低電圧端１４０の末端１６２にそれぞれ接続されている。

磁気トランジスタユニット１００は電流パルスのみで電流方向を制御できるため、電流パルスが経路選択線１３０を流れるだけで、電源供給がなくなった後でも、電流方向と「１」または「０」の二進法データが定義される。経路選択線の末端１６１におけるコンデンサ１６０は電流パルスを発生させて、経路選択線１３０の電圧を標準的な相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）の電圧と同一にすることができる。充電により、コンデンサ１６０が高電圧状態となりロジックハイレベルとなることで、二進法データ「１」を表わすことになる。また放電により、コンデンサ１６０が低電圧状態となりロジックローレベルとなることで、二進法データ「０」を表わすことになる。よって磁気トランジスタ回路は標準的な相補性金属酸化膜半導体と同時に作動させることが可能となる。

図１中における矢印記号「→」および「←」は単に第１の電流方向１３１ａおよび第２の電流方向１３２ａをそれぞれ表わしているだけであり、電流の方向を限定する意図はない。したがって、磁気トランジスタユニット１００からコンデンサ１６０への方向を第１の電流方向１３１ａと定義し、コンデンサ１６０から磁気トランジスタユニット１００への方向を第２の電流方向１３２ａと定義することができる。反対に、コンデンサ１６０から磁気トランジスタユニット１００への方向を第１の電流方向１３１ａと定義し、磁気トランジスタユニット１００からコンデンサ１６０への方向を第２の電流方向１３２ａと定義することもできる。

図１を参照する。別の方式は、経路選択線１３０を途中で折り返して湾曲させ、方向が逆向きとなる第１の電流方向１３１ａおよび第２の電流方向１３２ａによって、それぞれ「１」または「０」のデータを表わしている。経路選択線１３０が例えば「コ」字状をなすように途中で折り返されることで、二つの逆向き方向となるよう湾曲された後、第３の電流方向１３１ｂおよび第４の電流方向１３２ｂが得られる。このうち第３の電流方向１３１ｂと第１の電流方向１３１ａとは方向が逆向きであり、第４の電流方向１３２ｂと第２の電流方向１３２ａとは方向が逆向きである。したがって、経路選択線１３０を折り返すことで二つの逆向きとなる方向が得られ、異なるデータを定義することができる。例えば、第１の電流方向１３１ａ「→」を二進法データ「１」として定義した場合、逆向き方向に位置する経路選択線１３０上における第４の電流方向１３２ｂ「←」を二進法データ「０」として定義することができる。

図２は、本発明の他の実施例に係る二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路図を示す。図２では図１における磁気トランジスタユニット１００の構造例を示している。磁気トランジスタユニット１００は少なくとも第１の磁気トランジスタ２００と、第２の磁気トランジスタ２３０とを備えている。磁気トランジスタユニット１００は第１の磁気トランジスタ２００のみ、または第２の磁気トランジスタ２３０のみを備えてもよい。ここで二つの磁気トランジスタを示すのは理解を助けるためである。

第１の磁気トランジスタ２００は第１の磁性素子２１３と第２の磁性素子２１６とを備えており、このうち第１の磁性素子２１３は高電圧端２２０に接続され、第２の磁性素子２１６は出力端１７０に接続されている。第２の磁気トランジスタ２３０は第３の磁性素子２３３と第４の磁性素子２３６とを備えている。このうち第３の磁性素子２３３は低電圧端１４０に接続され、第４の磁性素子２３６は出力端１７０に接続されている。

磁気トランジスタ回路は、磁性素子２１３、２１６、２３３、２３６の近傍にそれぞれ配設されて、磁性素子２１３、２１６、２３３、２３６の双極子を個別に制御する金属装置２１２、２１７、２３２、２３７を更に備えている。例えば、第１の磁気トランジスタ２００では、磁性素子２１３および２１６の近傍にそれぞれ配設されている金属装置２１２および２１７を備えている。金属装置２１２は磁性素子２１３の双極子を制御し、金属装置２１７は磁性素子２１６の双極子を制御するために用いられる。

以上を踏まえて、設計者は金属装置を用いて磁性素子の双極子を制御することができる。設計者は、更にこれら磁気トランジスタの二つの磁性素子により、この磁性素子の間の導電性を制御することができる。

例えば、第１の磁性素子２１３の双極子の向きと第２の磁性素子２１６の双極子の向きが同じ場合に、第１の磁性素子２１３と第２の磁性素子２１６との間に導電性が現れ、第１の磁性素子２１３の双極子の向きと第２の磁性素子２１６の双極子の向きが異なる場合に、第１の磁性素子２１３と第２の磁性素子２１６との間に導電性は現れない。

第３の磁性素子２３３の双極子の向きと第４の磁性素子２３６の双極子の向きが同じ場合に、第３の磁性素子２３３と第４の磁性素子２３６との間には導電性が現れ、第３の磁性素子２３３の双極子の向きと第４の磁性素子２３６の双極子の向きが異なる場合に、第３の磁性素子２３３と第４の磁性素子２３６とに間には導電性は現れない。

図３には本発明の更に他の実施例に係る二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路図を示す。出力データを制御するために、第２の磁性素子２１６上における双極子２１８ａおよび第４の磁性素子２３６上における双極子２３８ａを第１の双極子と定義し、第１の双極子は二進法データ「１」を表わしている。第１の磁性素子２１３上における双極子２１１ａおよび第３の磁性素子２３３における双極子２３１ａを第２の双極子と定義している。双極子２１１ａおよび双極子２１８ａの方向が互いに逆向きとなって、磁気トランジスタ２００が非導体となり、双極子２３１ａおよび２３８ａの方向が同じとなって磁気トランジスタ２３０が導体となるとともに、経路選択線１３０上に電流方向１３２ａの電流が生じる。

したがって、経路選択線１３０上において、コンデンサ１６０から磁気トランジスタユニット１００に向かう電流方向１３２ａ「←」が二進法のデータ「０」を表わす。もし第１の双極子とされる双極子２１８ａおよび双極子２３８ａを入力信号のデータ「１」として定義するならば、磁気トランジスタ回路は電流方向１３２ａによりデータ「０」を出力して、ＮＯＴ（論理否定）のロジック機能を実現することができる。

他の方法では、経路選択線１３０の電流方向１３２ｂ「→」により異なるロジック信号を得ている。もし第１の双極子とされる双極子２１８ａおよび双極子２３８ａを入力信号のデータ「１」として定義するならば、磁気トランジスタ回路は電流方向１３２ｂにより「１」を出力して、バッファ機能を実現することができる。

一般的な半導体集積回路とともに動作できるようにするために、電圧値が約０Ｖの低電圧端１４０と、電圧値が約２．５Ｖ、３．３Ｖまたは５Ｖの高電圧端２２０を設けている。

図３中にて双極子を示すための記号は、ここでは磁性素子の双極子をそれぞれ表わしているだけであって、双極子の方向を限定することを意味するものではない。磁気トランジスタ回路において、磁気トランジスタの各々は、二つの磁性素子の間に配置されている導電性素子を備えている。この導電性素子の導通状態の如何は、その両側にある二つの磁性素子の双極子により制御される。したがって、二進法のデータ「１」および「０」を表わす磁気トランジスタ回路は上述した実施例により応用できるものである。

本明細書では上記の実施例を開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の技術的思想および範囲を逸脱することなく、各種の変更を加え、または構成要素を付加できるので、本発明の保護範囲は別紙の特許請求の範囲による限定の基準と見なすことができる。

本発明の上記およびその他の目的、特徴、長所および実施例をより明確に理解できるよう、図面の簡単な説明を下記のとおり行う。

本発明の一実施例に係る、二進法データ「１」および「０」を表わす磁気トランジスタ回路を示す図である。 本発明の他の実施例に係る、二進法データ「１」および「０」を表わす磁気トランジスタ回路を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る、二進法データ「１」および「０」を表わす磁気トランジスタ回路を示す図である。

符号の説明

１００ 磁気トランジスタユニット
１３０ 経路選択線
１３１ａ 第１の電流方向
１３１ｂ 第３の電流方向
１３２ａ 第２の電流方向
１３２ｂ 第４の電流方向
１４０ 低電圧端
１６０ コンデンサ
１６１ 経路選択線の末端
１６２ 低電圧端の末端
１７０ 磁気トランジスタユニットの出力端
２００ 第１の磁気トランジスタ
２１１ａ 第１の磁性素子の双極子
２１２ 金属装置
２１３ 第１の磁性素子
２１６ 第２の磁性素子
２１７ 金属装置
２１８ａ 第２の磁性素子の双極子
２２０ 高電圧端
２３０ 第２の磁気トランジスタ
２３１ａ 第３の磁性素子の双極子
２３２ 金属装置
２３３ 第３の磁性素子
２３６ 第４の磁性素子
２３７ 金属装置
２３８ａ 第４の磁性素子の双極子

Claims (9)

1. 二進法データ「１」および「０」をそれぞれに表わしている、互いに逆向きの第１の電流方向および第２の電流方向に沿って電流を流すことができる経路選択線と、
   出力端が前記経路選択線の末端に接続されることで、前記電流が前記経路選択線に流れる方向を制御する磁気トランジスタユニットと、を少なくとも備えた、ことを特徴とする二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。
2. 前記経路選択線と低電圧端との間に接続されるコンデンサを更に備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。
3. 第１の電流方向が前記磁気トランジスタユニットから前記コンデンサに向かう方向であり、第２の電流方向が前記コンデンサから前記磁気トランジスタユニットに向かう方向である、ことを特徴とする請求項２に記載の二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。
4. 第２の電流方向が前記磁気トランジスタユニットから前記コンデンサに向かう方向であり、第１の電流方向が前記コンデンサから前記磁気トランジスタユニットに向かう方向である、ことを特徴とする請求項２に記載の二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。
5. 前記出力端から延びる前記経路選択線が折り返されてコ字状をなしている、ことを特徴とする請求項１の二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。
6. 前記磁気トランジスタユニットが、高電圧端に接続されている第１の磁性素子および前記出力端に接続されている第２の磁性素子を有する第１の磁気トランジスタを少なくとも備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。
7. 高電圧端の電圧値が約２．５Ｖ、３．３Ｖまたは５Ｖである、ことを特徴とする請求項６に記載の二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。
8. 前記磁気トランジスタユニットが、前記出力端に接続されている第３の磁性素子および低電圧端に接続されている第４の磁性素子を有する第２の磁気トランジスタを少なくとも備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。
9. 前記低電圧端の電圧値が約０Ｖである、ことを特徴とする請求項８に記載の二進法データ「０」および「１」を表わす磁気トランジスタ回路。

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