JP2008227529A - Hall effect device and method of operating the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved hall effect element including a ferromagnetic material component capable of being used, for example, as a logic application example executing a digital combination-allowable task and a memory element for a non volatile memory device of digital information in such as a magnetic field sensor. <P>SOLUTION: A hall effect element includes a ferromagnetic material layer 510 which covers a part of a hall plate 520 and being electrically isolated therefrom. The ferromagnetic material layer 510 on the hall plate 520 can be changed by applying an external magnetic field. When the element is used as a memory component, the element is allowed to have two stable magnetization statuses (positive and negative) along an anisotropy axis that can correspond to two different data values (0 or 1). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、ハイブリッドホール効果装置に関するものである。特に、本発明は、従来のホール板に強磁性体層をハイブリッド形式で組み合わせた装置に関するものである。この種のホール効果装置は、メモリ要素、磁界センサまたは論理ゲートとして用いられ、公知の半導体電界効果トランジスタ(FET)とともに集積されて、ハイブリッド型強磁性体/半導体装置を構成する。これらの強磁性体、これらの装置に新たな用途を加えるとともに、不揮発性メモリ等の環境において性能を向上させる。 The present invention relates to a hybrid Hall effect device. In particular, the present invention relates to a device in which a ferromagnetic layer is combined with a conventional Hall plate in a hybrid manner. This type of Hall effect device is used as a memory element, magnetic field sensor or logic gate and is integrated with a known semiconductor field effect transistor (FET) to form a hybrid ferromagnet / semiconductor device. In addition to adding new applications to these ferromagnetic materials and these devices, the performance is improved in an environment such as a nonvolatile memory.

電界効果トランジスタ(FET)は、一般にシリコン基板上に形成した金属酸化物半導体(MOSEFET)構造またはガリウム砒素基板にガリウム砒素(GaAsFET)装置であり、近代のディジタル電子機器の構成要素である。例えば、二値化情報を記憶するメモリセルやディジタルデータ列を処理する論理ゲート等には、主要な構成要素としてFETが用いられている。 A field effect transistor (FET) is a metal oxide semiconductor (MOSEFET) structure formed on a silicon substrate or a gallium arsenide (GaAsFET) device on a gallium arsenide substrate, and is a component of modern digital electronic equipment. For example, FETs are used as main components in memory cells that store binarized information, logic gates that process digital data strings, and the like.

種々の従来のメモリ装置のセル構造には、以下のようなものがある。先端の揮発性メモリ技術(ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)等の電源の遮断により記憶内容を喪失するメモリ)等のメモリ構造には、そのメモリ構造中に従来の半導体FET構造及びコンデンサが用いられている。また、他の多くのメモリ技術による不揮発性メモリ(電源供給が遮断された状態においても記憶内容を保持するメモリ)は、静電磁気結合および強磁性体で構成される磁気抵抗体が記憶内容を保持するために用いられている。さらに、アメリカ特許第5,432,373号において出願人により提案された不揮発性メモリ装置は、一または複数の受動要素を備えた磁気スピントランジスタが用いられている。   Examples of cell structures of various conventional memory devices include the following. For memory structures such as advanced volatile memory technology (memory that loses its memory contents when power is cut off, such as dynamic random access memory (DRAM)), conventional semiconductor FET structures and capacitors are used in the memory structure. Yes. In addition, non-volatile memories based on many other memory technologies (memory that retains stored contents even when the power supply is cut off) are stored by magnetoresistors made of electrostatic magnetic coupling and ferromagnetic materials. It is used to Further, in the nonvolatile memory device proposed by the applicant in US Pat. No. 5,432,373, a magnetic spin transistor having one or more passive elements is used.

また、ホール効果及びホール効果素子についても考察する。また、最後に従来技術による一般的ゲートの動作に関しても説明する。   Also consider the Hall effect and Hall effect elements. Finally, a general gate operation according to the prior art will be described.

従来の揮発性メモリ装置に用いられるメモリセル構造
DRAMに用いられるメモリセルの場合、もっとも一般的な市販のセルは、データ記憶用のコンデンサとセル配列から個別のセルを絶縁する電界効果トランジスタ(FET)の二つの要素のみで構成されている。この種のセルは、小型化が容易であり、従って高い集積度が得られ、さらに比較的安価であるために、広く用いられている。この種のセルの記憶要素はコンデンサであり、例えば電荷Qを蓄積した状態と、電荷0(零)を蓄積した状態の二つの状態により、二値化データの“1”と“0”を示す。各セルは、ビット線及びワード線と呼ばれる書き込み線及び読み出し線の配列に接続される。各個のコンデンサは、配列中のおいて他のコンデンサにリンクされているため、電荷が隣接する他のセルに流出する。各セルの各個のコンデンサは、セル内のトランジスタに接続されて絶縁されている。トランジスタがオンの時には、書き込み線または読み出し線は低抵抗となり、書き込み時には印加電圧がコンデンサに蓄積され、読み出し時には検出回路によって蓄積されている電荷が検出される。一方、トランジスタがオフの場合、書き込み線または読み出し線が高インピーダンスとなり、コンデンサは配列内の他の要素から絶縁される。
Memory Cell Structure Used in Conventional Volatile Memory Devices For memory cells used in DRAMs, the most common commercially available cells are field effect transistors (FETs) that insulate individual cells from data storage capacitors and cell arrays. ) Consists of only two elements. This type of cell is widely used because it can be easily miniaturized, and thus can be highly integrated and relatively inexpensive. The storage element of this type of cell is a capacitor, and indicates binary data “1” and “0” by two states, for example, a state in which charge Q is accumulated and a state in which charge 0 (zero) is accumulated. . Each cell is connected to an array of write and read lines called bit lines and word lines. Since each individual capacitor is linked to another capacitor in the array, the charge flows out to other adjacent cells. Each capacitor of each cell is connected to the transistor in the cell and insulated. When the transistor is on, the writing line or the reading line has a low resistance, the applied voltage is accumulated in the capacitor at the time of writing, and the charge accumulated by the detection circuit is detected at the time of reading. On the other hand, when the transistor is off, the write or read line is high impedance and the capacitor is isolated from the other elements in the array.

一般に、DRAMに用いられる金属酸化物半導体の電界効果トランジスタ(MOSFET)は、シリコン基板上に一般的なリトグラフ処理により製造される。ゲートをチャンネルから絶縁する酸化物は、高度に絶縁され、金属ゲートが装置の他の部分に対してを容量を持つように構成される。このゲートの容量は、記憶容量として用いられる場合もある。この場合の読み出しは、Cの電荷(または電圧)をダミーセルの標準容量C’と比較する検出回路によって行われる。読み出し電圧は10乃至100mV程度であり、記憶電荷は1000000electron程度である。 Generally, a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) used in a DRAM is manufactured on a silicon substrate by a general lithographic process. The oxide that insulates the gate from the channel is highly insulated and is configured so that the metal gate is capacitive with respect to the rest of the device. The capacity of this gate may be used as a storage capacity. Reading in this case is performed by a detection circuit that compares the charge (or voltage) of C with the standard capacity C ′ of the dummy cell. The read voltage is about 10 to 100 mV, and the stored charge is about 1000000 electrons.

しかしながら、従来のDRAMは、いくつかの動作上及び物理的問題点を有している。まず第一に、メモリが揮発性であることである。漏れ電流の放出が不可避であるため、各セルは、常に読み出し及び再買い込みによりリフレッシュすることが必要であり、リフレッシュは数msec毎に行わなければならない。さらに、バックグラウンドα粒子の放出が、MOSFETに十分なコンダクタンスを生起して、擬似的に容量をドレインして、セルの記憶内容を消去する。   However, conventional DRAMs have several operational and physical problems. First of all, the memory is volatile. Since discharge of leakage current is unavoidable, each cell must always be refreshed by reading and re-buying, and the refresh must be performed every few milliseconds. Furthermore, the release of background α particles causes sufficient conductance in the MOSFET, drains the capacitance in a pseudo manner, and erases the stored contents of the cell.

最後に、コンデンサのサイズによって制限を受けるため、リトグラフによって可能な限界まで、セル寸法を減少させることが出来ない。従って、従来擬津を用いたこの種のセルの集積度には限界あった。   Finally, because it is limited by the size of the capacitor, the cell size cannot be reduced to the limit possible by the lithograph. Therefore, there is a limit to the degree of integration of this type of cell using the conventional pseudo-tsu.

不揮発性メモリ層に用いられるセル構造
不揮発性メモリセルの製造には、いくつかの技術が用いられる。誘電体として強磁性体を用いる容量型メモリ要素には、疲労の問題があり、読み出し/書き込み回数に制限がある。
また、強磁性体材料を用いた同様の装置がある。以下にこうした技術のうちの三つについて検討する。
Cell structure used for non-volatile memory layer Several techniques are used to manufacture non-volatile memory cells. Capacitive memory elements using a ferromagnetic material as a dielectric have a problem of fatigue and have a limited number of read / write operations.
There is also a similar device using a ferromagnetic material. Below we examine three of these technologies.

磁気抵抗型RAM(MRAM)
磁気抵抗型RAMは、例えば、J. M. Daughtonの「磁気抵抗メモリ技術」薄型固形フィルム 216、162(1992年)に示されている。この装置は、ビット線及びワード線の配列を用いている。各ビット線は、n個の記憶セルに分割されている。各セルは、強磁性体金属ベース(F層)と、非鉄中間層(N層)及び強磁性体上層(F層)の三層構造となっている。このセル構造は、F層−N層間の界面における界面スピンの散乱が散乱全体に対して無視できる程度であり、N層を横切る交換結合がない巨大磁気抵抗(GMR)構造とは異なっている。セルは、長さl、幅w、厚さdの寸法で形成される。セルの幅方向の断面を見ると、静電結合によって決定される二つの安定な磁化状態があり、これら二つの磁化状態によって、二つの強磁性体は、時計回り方向及び反時計回り方向の相互に逆向きの指向性を有している。
Magnetoresistive RAM (MRAM)
Magnetoresistive RAMs are shown, for example, in JM Daughton's “Magnetic Resistive Memory Technology” thin solid films 216, 162 (1992). This device uses an array of bit lines and word lines. Each bit line is divided into n memory cells. Each cell has a three-layer structure of a ferromagnetic metal base (F layer), a non-ferrous intermediate layer (N layer), and a ferromagnetic upper layer (F layer). This cell structure is different from a giant magnetoresistive (GMR) structure where there is no exchange coupling across the N layer so that the interface spin scattering at the interface between the F layer and the N layer is negligible for the entire scattering. The cell is formed with dimensions of length l, width w, and thickness d. Looking at the cross section of the cell in the width direction, there are two stable magnetization states determined by electrostatic coupling, and these two magnetization states cause the two ferromagnets to interact in the clockwise and counterclockwise directions. It has a directivity in the opposite direction.

セルの長さ方向に印加される検出電流によって測定される各セルの抵抗は、F層の異方性磁気抵抗(AMR)の関数である。磁化方向が検出電流と直交する方向(いずれかの安定な磁化状態)である場合の抵抗値はR1であり、強磁性体の磁化方向が強制的に検出電流と平行とされている場合には、抵抗値は、R1’となる。ビット線の各セルは、抵抗値Rcを有する導電片により次のセルに接続されている。   The resistance of each cell as measured by the sense current applied in the cell length direction is a function of the F layer anisotropic magnetoresistance (AMR). When the magnetization direction is a direction orthogonal to the detection current (any stable magnetization state), the resistance value is R1, and when the magnetization direction of the ferromagnetic material is forced to be parallel to the detection current, The resistance value is R1 ′. Each cell of the bit line is connected to the next cell by a conductive piece having a resistance value Rc.

n個の列方向のワード線は、m個の行方向のビット線と交差する。各非鉄ワード線は、各ビット線のセルの上面と交差する。セル(i,j)の状態は、セルを時計回り方向または反時計回り方向に磁化する電流によって生じる磁界を用いてビット線i及びワード線jを介して適当な検出電流パルスを印加することによって書き込まれる。セルの記憶内容は、まず十分に大きな電流によってワード線jをバイアスして、電流によって生じる磁界によって両強磁性体を磁化してこれをビット線の軸線から45度傾斜した向きとする。   The n word lines in the column direction intersect with the m bit lines in the row direction. Each non-ferrous word line intersects the top surface of each bit line cell. The state of cell (i, j) is determined by applying an appropriate detection current pulse through bit line i and word line j using a magnetic field generated by a current that magnetizes the cell in a clockwise or counterclockwise direction. Written. The stored contents of the cell are such that the word line j is first biased by a sufficiently large current, both ferromagnets are magnetized by a magnetic field generated by the current, and this is inclined 45 degrees from the axis of the bit line.

この向きにおいて、ビット線に印加された検出電流に対するセルの抵抗は、R1及びR1’の間のR2となる。次に(n−1)R1+R2+nRcに比例する値を持つ検出電流がビット線に印加される。最後に、読み出し電流パルスが、もとのバイアス電流に加えてワード線に与えられる。この状態において、FETは、1000Ω以下程度の小さな抵抗で電流を流す。バイアス電流Isenseは、磁気抵抗R及び基準抵抗R’の双方に与えられる。配列中の一つの列または行の端部において、検出電流は、二つの電圧と」比較され、例えば、それぞれIsense*(R0―R’)>0またはIsennse*(R―R’)=0の場合、“1”または“0”に変換される。“1”(または“0”)に応じた電圧レベルは、TTLまたはCMOSレベルに増幅される。   In this orientation, the resistance of the cell to the detection current applied to the bit line is R2 between R1 and R1 '. Next, a detection current having a value proportional to (n-1) R1 + R2 + nRc is applied to the bit line. Finally, a read current pulse is applied to the word line in addition to the original bias current. In this state, the FET passes a current with a small resistance of about 1000Ω or less. The bias current Isense is applied to both the magnetic resistance R and the reference resistance R ′. At the end of one column or row in the array, the detected current is compared with two voltages ”, eg, Isense * (R0−R ′)> 0 or Isense * (R−R ′) = 0, respectively. In this case, it is converted to “1” or “0”. The voltage level corresponding to “1” (or “0”) is amplified to the TTL or CMOS level.

電圧値“1”と“0”とを識別するための電圧Isense*δRは、識別の信頼性が確保できるように大きく設定される。強磁性体層(または多層構造のGMR層)の磁気抵抗比δR/R’は10%以下と小さいので、磁気抵抗を非常に大きくする必要がある。例えば、R=100Ωで、δR/R’=0.06の場合、1mAのバイアス電流において生じる読み出し電圧差は僅か6mVとなり、GMRセルのS/N比を非常に小さなものとする。   The voltage Isense * δR for identifying the voltage values “1” and “0” is set large so as to ensure the reliability of the identification. Since the magnetoresistance ratio δR / R ′ of the ferromagnetic layer (or the multi-layered GMR layer) is as small as 10% or less, it is necessary to make the magnetoresistance very large. For example, when R = 100Ω and δR / R ′ = 0.06, the read voltage difference generated at 1 mA bias current is only 6 mV, and the S / N ratio of the GMR cell is very small.

上記の方法には、いくつかの問題がある。抵抗がセルの中の大きな面積を占有する。上記の例についていえば、100Ωの磁気抵抗は、抵抗20μΩ−cm、長さl=5μm、幅w=1μ及び厚さdz=0.01の強磁性体材料で形成することができる。このセルは、二つの抵抗R及びR’の作成を必要とし、その結果余分のFETを要し、全体として大きなスペースを必要とするものとなる。参照抵抗は、抵抗差δRが非常に小さいために、各メモリの抵抗が所定の参照抵抗に一致しなければならない。抵抗値は温度の関数(R=R(T))であるため、基準抵抗は、常に磁気抵抗と同じ温度に保持するために、磁気抵抗の極近くに形成する必要がある。また、基準抵抗の形成材料は、その抵抗値の温度依存性が磁気抵抗のものに近似したものとなるように選択しなければならない。最後に、各セルの抵抗は、非常に大きくなる。多数のセルが一つの読み出し線上に配置されて配列が形成される場合、読み出し線の抵抗は、非常に大きなものとなる。読み出しプロセスは、バイアス電流を用いるので、各読み出しサイクルにおける電力消費が大きくなる。   There are several problems with the above method. The resistor occupies a large area in the cell. As for the above example, a 100Ω magnetoresistance can be formed of a ferromagnetic material having a resistance of 20 μΩ-cm, a length l = 5 μm, a width w = 1 μm, and a thickness dz = 0.01. This cell requires the creation of two resistors R and R ', resulting in extra FETs and a large space as a whole. Since the reference resistance has a very small resistance difference δR, the resistance of each memory must match a predetermined reference resistance. Since the resistance value is a function of temperature (R = R (T)), the reference resistance must be formed very close to the magnetoresistance in order to always maintain the same temperature as the magnetoresistance. Further, the material for forming the reference resistance must be selected so that the temperature dependence of the resistance value approximates that of the magnetic resistance. Finally, the resistance of each cell becomes very large. When an array is formed by arranging a large number of cells on one readout line, the resistance of the readout line becomes very large. Since the read process uses a bias current, power consumption in each read cycle increases.

スピントランジスタ型不揮発性RAM(NRAM)
磁気スピンの伝達を用いた活性装置が、従来より知られている。スピン伝達技術の歴史は、マーサーベイ(Mesevey)の実験[R, Meservey, P. M. Tedrow及びP, R. Meservey, Phys. Rev.. Lett, 25 1270 (1970); P. M. Tedrow及びP, R. Meservey, Phys. Rev.. Lett, 26 192 (1971年); Phys. Rev.B7, 318 (1973年)]より始まる。この実験において、強磁性体電極からの電流は、低伝達率のバリアを通過して実効スピン偏極を持つ超伝導検出器に伝達される。[Mark Johnson及びR. H. Silsbee, Phys. Rev. B 35,4959(1987年); Phys. Rev. B37,5312(1988年); Phys. Rev. B35,5326(1988年)を含むいくつかの雑誌に示されているように]スピン射出実験により、すべての強磁性体−非鉄(F1−N)界面は、実効スピン偏極を有しており、(F1−N)界面から古典的な拡散距離δsに等しい特性長によりN側に拡散する非平衡磁化と均等なスピン偏極電子の非平衡ポピュレーション、及び第二の強磁性層のN−F2界面における電流の流れ(または発生された電圧)に影響されたN側への非平衡磁化を示す。
Spin transistor type non-volatile RAM (NRAM)
2. Description of the Related Art Active devices using magnetic spin transfer have been known. The history of spin transfer technology is described in the Mesevey experiment [R, Meservey, PM Tedrow and P, R. Meservey, Phys. Rev .. Lett, 25 1270 (1970); PM Tedrow and P, R. Meservey, Rev. Lett, 26 192 (1971); Phys. Rev. B7, 318 (1973)]. In this experiment, the current from the ferromagnetic electrode is transmitted through a low transmissivity barrier to a superconducting detector with effective spin polarization. [In several journals, including Mark Johnson and RH Silsbee, Phys. Rev. B 35,4959 (1987); Phys. Rev. B37,5312 (1988); Phys. Rev. B35,5326 (1988) As shown] From spin injection experiments, all ferromagnet-nonferrous (F1-N) interfaces have an effective spin polarization, and the classical diffusion distance δs from the (F1-N) interface. Non-equilibrium population of spin-polarized electrons equal to the non-equilibrium magnetization diffusing to the N side with a characteristic length equal to, and the current flow (or generated voltage) at the N-F2 interface of the second ferromagnetic layer The non-equilibrium magnetization to the affected N side is shown.

バイポーラ・スピントタンジスタとして知られている装置によって従来の半導体装置を置き換えることが、発明者等によって提案された。この装置及びこれに関連する変更は、マーク・ジョンソン(Mark Johnson)、「住めての金属スピントランジスタ(The All Metal Spin Transistor)」I.E.E.E. Spectrum Magazine, Vol. 31 No. 5 p47(1994年)及びマーク・ジョンソン「バイポーラ・スピントランジスタ(The Bipolar Spin Transistor)」Science 260, 320(1993年)に示されている。この装置の概略は、アルミニウムの連続体の一側には、第一の強磁性体層及び第二の強磁性体層F2が配置される。第一の強磁性体層は、拡散されるスピン偏極電子の供給源を射出する。第二の強磁性体層は、スピン偏極電子の存在を検出する。この装置は、新規なF(強磁性体)(非鉄)―(強磁性体)構造を有しており、不揮発性メモリセルの回路要素として用いられ、いくつかの利点をもたらす。読み出し電圧は、及び平行の場合は、バイポーラ及び正であり、及び非平行の場合は負であり、論理値“1”及び“0”間の判定は比較的容易であり、各セルには、単一の記憶要素のみが必要であり、その読み出し電圧は、接地レベルと比較される。さらに、スピントランジスタのトランスインピーダンスは、その大きさに対してほぼ反比例の慣例となり、小さな装置においては(一定電流に対して)読み出し電圧が大きくなり、この結果、セルの大きさの縮小を加速する。   It has been proposed by the inventors to replace conventional semiconductor devices with devices known as bipolar spin transistors. This device and related changes include Mark Johnson, “The All Metal Spin Transistor,” IEEE Spectrum Magazine, Vol. 31 No. 5 p47 (1994) and Mark. -It is shown in Johnson "The Bipolar Spin Transistor" Science 260, 320 (1993). The outline of this apparatus is that a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer F2 are arranged on one side of an aluminum continuum. The first ferromagnetic layer emits a source of spin-polarized electrons that are diffused. The second ferromagnetic layer detects the presence of spin-polarized electrons. This device has a novel F (ferromagnetic) (non-ferrous)-(ferromagnetic) structure and is used as a circuit element of a non-volatile memory cell and provides several advantages. The read voltage is bipolar and positive when parallel and negative and negative when non-parallel, and the determination between logical values “1” and “0” is relatively easy, Only a single storage element is required and its read voltage is compared to ground level. In addition, the transimpedance of a spin transistor is a practice that is almost inversely proportional to its size, and in small devices, the read voltage increases (relative to a constant current), which accelerates cell size reduction. .

装置の二つの特性は、NRAM内の装置を用いた場合を考慮しなければならない。まず、装置全体は金属で形成されており、このために、電気抵抗が低い。従って、列内の各要素を電気的に絶縁して、各要素の出力が隣接する要素を介して接地に短絡されることを防止しなければならない。第二の、装置から得られる出力電圧は、TTLレベルやCMOSレベルよりも低く、出力は、TTLまたはCOMS回路に導入する前に、増幅しなければならない。   Two characteristics of the device must be considered when using a device in NRAM. First, the entire device is made of metal, and therefore has a low electrical resistance. Therefore, each element in the column must be electrically isolated to prevent the output of each element from being shorted to ground through an adjacent element. Second, the output voltage obtained from the device is lower than the TTL level or CMOS level, and the output must be amplified before being introduced into a TTL or COMS circuit.

他のスピントランジスタNRAMセルのデザインは、出願人が所有する「磁気スピントランジスタ」に関するアメリカ特許第5,432,373号に示されている。このスピントランジスタNRAMセルは、スピントランジスタと一乃至複数のコンデンサ及び抵抗で構成される。受動要素は、各セルのスピントランジスタの絶縁に用いられ、読み出し電圧は、増幅要素の導線の端部に伝送される。このデザインの欠点は、チップ中において抵抗とコンデンサが大きな面積を占めることである。従って、セルの多くの部分は、受動要素で占有され、集積度の向上が制限され、スピントランジスタに独特のスケーリング特性が無駄になってしまう。   Another spin transistor NRAM cell design is shown in commonly owned US Pat. No. 5,432,373 for “Magnetic Spin Transistor”. The spin transistor NRAM cell includes a spin transistor, one or more capacitors, and a resistor. The passive element is used to isolate the spin transistor of each cell, and the read voltage is transmitted to the end of the conducting wire of the amplifying element. The disadvantage of this design is that resistors and capacitors occupy a large area in the chip. Therefore, many parts of the cell are occupied by passive elements, limiting the degree of integration, and wasting the scaling characteristics unique to spin transistors.

さらに、セルの絶縁があまり効果的ではなく、読み出し電圧は、検出回路への伝送中に劣化する可能性があり、ノイズが大きく読み出し感度が低くなる問題を生じる。これよりも新しい出願人により提案されたスピントランジスタメモリセルのデザインにおいては、スピントランジスタが、一乃至複数の絶縁用FETとともに用いられている。これは、実用的な方法であり、この構成によりDRAMと同程度かそれ以上の集積度が達成される。   Furthermore, cell insulation is not very effective, and the read voltage may deteriorate during transmission to the detection circuit, causing a problem of large noise and low read sensitivity. In spin transistor memory cell designs proposed by newer applicants, spin transistors are used with one or more insulating FETs. This is a practical method, and this configuration achieves a degree of integration equal to or higher than that of a DRAM.

ホール・プレートは、該プレートの領域上の均質な磁界を測定する磁界センサとして長い間使用されてきた。また、ホール・プレートに強磁性フィルムを組合わせている様々な素子もある。代表的な構成[R.S. Popovi'c, "Hall-effect Devices," Sens. Actuators 17, 39(1989)]においては、ホール・プレートが適切なドーピング技法によって半導体基板内に垂直(即ち、基板表面に直交する方向)に埋設されている。強磁性フィルムはホール・プレート領域の外側に形成され、外部磁界の磁束をその垂直配置ホール・プレートに「集束」するために使用されている。大ざっぱに云えば、外部磁界は強磁性体の透磁率によって高められている。   Hall plates have long been used as magnetic field sensors that measure a homogeneous magnetic field over the area of the plate. There are also various elements that combine ferromagnetic films with Hall plates. In a typical configuration [RS Popovi'c, "Hall-effect Devices," Sens. Actuators 17, 39 (1989)], the Hall plate is perpendicular to the semiconductor substrate (ie, on the substrate surface) by an appropriate doping technique. It is buried in the direction orthogonal). The ferromagnetic film is formed outside the Hall plate region and is used to “focus” the magnetic field of the external magnetic field onto the vertically arranged Hall plate. Roughly speaking, the external magnetic field is enhanced by the permeability of the ferromagnetic material.

線形応答性のセンサとして使用されるこの素子の短所としては、この素子の感度は制限されており、素子自体が比較的高価であるという事実である。感度が制限される理由は、印加された磁界に対する強磁性体層の集束に係る磁界の増強率が比較的に小さいことである。更に、この素子の形状は記憶効果を許容させず、また、他の様式でも、それをメモリ素子として、実際上、実装させることを妨げている。   The disadvantage of this element used as a linearly responsive sensor is the fact that the sensitivity of the element is limited and the element itself is relatively expensive. The reason why the sensitivity is limited is that the enhancement factor of the magnetic field related to the focusing of the ferromagnetic layer with respect to the applied magnetic field is relatively small. Furthermore, the shape of this element does not allow memory effects, and in other ways also prevents it from being practically implemented as a memory element.

「磁界センサ」と呼称される第二の構成(アメリカ特許第4,607,271号、1986年)が提案されているが、その応用例が見出されていない。上記のアメリカ特許第4,607,271号には、N型ドープ・シリコン基板のP型ドープ領域上に形成された磁気トランジスタの一部が示されている。絶縁層がこのシリコンの表面を不動態化(保護)しており、面内異方性の強磁性フィルム(NiFe或いはNiCo等)が、コレクタとエミッタとの間の絶縁フィルム上に形成されている。強磁性フィルムの磁化は、常に、該フィルムの面内に横たわり、またこのフィルムは^y軸と平行する磁化容易軸を有するように形成されるので、磁化は+^y或いは−^yの何れかに沿って配向される。この素子は、検出される外部磁界もまた^yに沿って配向されている場合に適合する。強磁性フィルムのこの(磁化)容易軸は、エミッターからコレクターへ向かう^x軸に沿っての電流方向とは直交する方向又は垂直方向に配向される。コレクター及びエミッターのN+型拡散領域は、シリコン基板表面から数ミクロン或いはそれ以上(1mmまで)の深さまでに延びており、また、P型ドープ領域も数ミクロンの最大厚みを有する。こうして、電流Iは幅w(一般に50ミクロン)及び1乃至10ミクロン程度の深さdから成る断面積を全体に亙って流れ、この面積は「検知ゾーン」として知られている。小さな磁界(強磁性フィルムの保磁力よりも大きい)が磁化を+^yに沿って配向し、強磁性フィルムは磁界を発生する。磁界は棒磁石のものに近似している。ゾーンに近接しての磁界は、略均一で±^yに沿って配向され、外部磁界が電流を偏向するのと同様にローレンツ力によって電流を偏向する。偏向された電流は磁気トランジスタの特性によって標準的な態様で検出される。外部磁界が反対の符号を有すると共に、HCを上回る場合(|H|>|HC|)、磁化は配向を逆転し、磁界Bは符号を変更し、ローレンツ偏向は符号を変更し、更に、磁気トランジスタはその逆転偏向を変更符号として検出する。ゾーン内の磁界Bは略5乃至15Oe(エルステッド)であり、これは、強磁性フィルムの保磁力の10倍の大きさと同じである。こうして、「磁界センサ」は、強磁性フィルム無しで形成された磁気トランジスタよりも、印加された磁界に対してより敏感である。この素子の分析結果としては、強磁性フィルムが(約)10の利得を有した磁界変換器として動作し、これが、^yに沿った外部磁界Hを同じく^yに沿った磁界Bへ変換していると云える。更に重要なことは、強磁性フィルムはエミッター及びコレクターの間の中央であると共に「検知ゾーン」の中央に形成される必要があり、その容易軸は電流の流れる方向とは直交方向でなければならないことを留意すべきである。   A second configuration called “magnetic field sensor” (US Pat. No. 4,607,271, 1986) has been proposed, but no application example has been found. The above-mentioned US Pat. No. 4,607,271 shows a portion of a magnetic transistor formed on a P-type doped region of an N-type doped silicon substrate. An insulating layer passivates (protects) the surface of the silicon, and an in-plane anisotropic ferromagnetic film (NiFe or NiCo or the like) is formed on the insulating film between the collector and the emitter. . The magnetization of the ferromagnetic film always lies in the plane of the film and this film is formed to have an easy axis parallel to the ^ y axis, so the magnetization can be either + ^ y or-^ y. Orientated along. This element is suitable if the detected external magnetic field is also oriented along ^ y. This (magnetization) easy axis of the ferromagnetic film is oriented in a direction perpendicular or perpendicular to the current direction along the x-axis from the emitter to the collector. The collector and emitter N + type diffusion regions extend from the silicon substrate surface to a depth of a few microns or more (up to 1 mm), and the P-type doped region also has a maximum thickness of a few microns. Thus, current I flows throughout a cross-sectional area consisting of a width w (generally 50 microns) and a depth d on the order of 1 to 10 microns, this area being known as the "sensing zone". A small magnetic field (greater than the coercivity of the ferromagnetic film) orients the magnetization along + ^ y, and the ferromagnetic film generates a magnetic field. The magnetic field is similar to that of a bar magnet. The magnetic field in the vicinity of the zone is substantially uniform and oriented along ± ^ y and deflects the current by Lorentz force in the same way that an external magnetic field deflects the current. The deflected current is detected in a standard manner depending on the characteristics of the magnetic transistor. When the external magnetic field has the opposite sign and is above HC (| H |> | HC |), the magnetization reverses orientation, the magnetic field B changes sign, the Lorentz deflection changes sign, and the magnetic The transistor detects the reverse deflection as a change code. The magnetic field B in the zone is approximately 5 to 15 Oe (Oersted), which is the same as 10 times the coercivity of the ferromagnetic film. Thus, a “magnetic field sensor” is more sensitive to an applied magnetic field than a magnetic transistor formed without a ferromagnetic film. As a result of analysis of this element, the ferromagnetic film operates as a magnetic field transducer having a gain of (about) 10, which converts the external magnetic field H along ^ y into a magnetic field B along ^ y. It can be said that More importantly, the ferromagnetic film must be formed in the center between the emitter and collector and in the center of the “sensing zone”, and its easy axis must be perpendicular to the direction of current flow. It should be noted.

この素子は、その磁界Bが「検知ゾーン」全体に亙って略均一になるという長所を有するのに対して、その主要な短所が利得が低いことである。Bの大きさは保磁力HCのそれよりも数倍大きいだけであるので、最大利得は約10であり、S/N比には難点がある。更には、Bの均一性は、強磁性フィルムを相対的に長く製作することによって達成される。言い換えれば、この素子は伸縮性(スケーラブル)を有するものではなく、より小さくすればその性能が低下する。そうした振舞は、微細製作された高密度素子用に望まれるものとは対抗するものであり、メモリセルとして実用させるには装置を大型化してしまう。明らかなことは、新規でハイブリッド型の強磁性体-半導体ホール素子を考案することが望ましいことであり、それは、伸縮性があり(即ち、寸法が収縮しても素子特性は低下しない)、著しい高利得そしてそれ故の著しい高S/N比である素子である。   This element has the advantage that its magnetic field B is substantially uniform throughout the “sensing zone”, whereas its main disadvantage is its low gain. Since the magnitude of B is only several times larger than that of the coercive force HC, the maximum gain is about 10, and the S / N ratio has a drawback. Furthermore, the uniformity of B is achieved by making the ferromagnetic film relatively long. In other words, this element does not have stretchability (scalable), and if it is made smaller, its performance is lowered. Such a behavior is counter to what is desired for a finely fabricated high-density element, and the device becomes large for practical use as a memory cell. What is clear is that it is desirable to devise a novel hybrid type ferromagnetic-semiconductor Hall element, which is stretchable (ie, the element characteristics do not deteriorate even when the dimensions shrink), and is remarkable. It is a device with high gain and hence a very high S / N ratio.

ホール導体、ガリウム砒素、並びに強磁性フィルムから成る更なる組合わせがメモリセルとして考案されてきている[J. De Boek, J. Harbison et al., "Non-volatile Memory Characteristics of Submicrometer Hall Structures Fabricated in Epitaxial Ferromagnetic MnAl Films on GaAs", Electronics Letter 29, 421 (1993)]。この素子を説明する前に、強磁性材料の幾つかの特性を概説する必要がある。薄い強磁性フィルムはそれらの異方性エネルギーに従って分類することができ、2つのカテゴリーに入ることになり、一方のカテゴリーが、フィルム面内に横たわる磁化をより好む磁化異方性を具備するものであり、他方のカテゴリーが、フィルム面と直交するように配向され磁化をより好む磁化異方性を具備するものである。Harbisonによって記載された素子において、MnAlのτ相である面に直交する磁化異方性を具備する強磁性材は、AlAsのバッファ層上に薄いフィルムとしてエピタキシャル成長させており、該バッファ層はガリウム砒素基板上に成長させてある。強磁性フィルムは、上向きか或いは下向きの磁化が伴われる2つの安定状態がある。隣接した読み出しライン内の電流パルスによる漂遊磁界を用いることによって書込まれる。この状態は、「異常ホール効果」と呼称される技術を用いて「読み出し」が行われる。この異常ホール効果は磁性材内で生じ、通常のホール効果のものとは無関係なメカニズムから引き起こされて、(古典的なホール効果と同様に)バイアス電流を横切るように電圧を発生することになる。Harbison素子において、検知導線及びMnAl552が結着され、ガリウム砒素内のホール効果は利用されない。異常ホール効果の結果、下向きに配向されている場合、正の電圧が及びの間に生ずる。上向きに配向されている場合、発生される電圧は反対符号を有する。   Additional combinations of Hall conductors, gallium arsenide, and ferromagnetic films have been devised as memory cells [J. De Boek, J. Harbison et al., "Non-volatile Memory Characteristics of Submicrometer Hall Structures Fabricated in Epitaxial Ferromagnetic MnAl Films on GaAs ", Electronics Letter 29, 421 (1993)]. Before describing this element, it is necessary to outline some properties of ferromagnetic materials. Thin ferromagnetic films can be classified according to their anisotropy energy and will fall into two categories, one with a magnetic anisotropy that favors the magnetization lying in the plane of the film. The other category has magnetization anisotropy that is oriented so as to be orthogonal to the film plane and that prefers magnetization. In the device described by Harbison, a ferromagnetic material having a magnetization anisotropy perpendicular to the surface of the τ phase of MnAl is epitaxially grown as a thin film on the AlAs buffer layer, the buffer layer being gallium arsenide. Grown on the substrate. Ferromagnetic films have two stable states with upward or downward magnetization. Written by using stray magnetic fields due to current pulses in adjacent readout lines. In this state, “reading” is performed using a technique called “abnormal Hall effect”. This anomalous Hall effect occurs in the magnetic material and is caused by a mechanism unrelated to that of the normal Hall effect, generating a voltage across the bias current (similar to the classic Hall effect). . In the Harbison element, the sensing conductor and MnAl552 are bound, and the Hall effect in gallium arsenide is not utilized. As a result of the anomalous Hall effect, a positive voltage is generated between and when oriented downward. When oriented upward, the generated voltage has an opposite sign.

このHarbison素子の1つの短所は、面に直交する大きな異方性を有する強磁性材もまた大きな保磁力を有することである。よって、大きな磁界(及び大きな書き込み電流)が素子状態を書込むために要求される。第二の短所は、これらの材料が一般的には新種であり(珍しい)、費用がかかるプロセスでエピタキシャル成長させなければならないことである。第三として、異常ホール効果は、材料中で高いホール移動度を有する通常のホール効果よりも幾分小さいので、S/N比は相対的に貧弱である。   One disadvantage of this Harbison element is that ferromagnetic materials with large anisotropy perpendicular to the plane also have a large coercivity. Thus, a large magnetic field (and a large write current) is required to write the device state. A second disadvantage is that these materials are generally new (unusual) and must be epitaxially grown in an expensive process. Thirdly, the anomalous Hall effect is somewhat smaller than the normal Hall effect with high hole mobility in the material, so the S / N ratio is relatively poor.

FET論理ゲート
計算素子における論理処理は、一般には、ディジタル電圧パルス及び適切な方法で相互に連結されているFETゲートによって実行されている。簡潔な重大議論を可能とする一例を提供するために、ANDゲート動作用の標準的な構成[Paul Horowitz and Winfield Hill, "The Art of Electronics," Cambridge Univ. Press, Cambridge U.K. (1980); p.328参照]が図5に示されており、各素子がエンハンスメント・モード(又はエンハンスメント形)FETである。各素子はp型チャネルFETである。p型チャネルFETは高いインピーダンスを有し、ゲート電圧がゼロ或いは正のとき、「オフ」状態である。それは低いインピーダンスを有し、ゲート電圧がゼロ未満のしきい値より低いとき、「オン」状態である(ここで、しきい値は一般に0.5ボルト或いはそれ以下である)。各素子はn型チャネルFETである。n型チャネルFETは、ゲート電圧が接地未満であるとき、「オフ」状態であり、ゲート電圧が接地を越えたしきい値より大きいとき、「オン」である。正或いはゼロの電圧パルスの振幅(ハイ又は「1」、或いはロー又は「0」)が同時に入力に印加されると、このセルは以下のようにANDゲートとして動作する。
FET logic gate The logic processing in a computing element is typically performed by digital voltage pulses and FET gates interconnected in an appropriate manner. To provide an example that allows a brief critical discussion, the standard configuration for AND gate operation [Paul Horowitz and Winfield Hill, "The Art of Electronics," Cambridge Univ. Press, Cambridge UK (1980); p .328] is shown in FIG. 5, where each element is an enhancement mode (or enhancement type) FET. Each element is a p-type channel FET. A p-type channel FET has high impedance and is in an “off” state when the gate voltage is zero or positive. It has a low impedance and is in the “on” state when the gate voltage is below a threshold value less than zero (where the threshold is typically 0.5 volts or less). Each element is an n-type channel FET. An n-type channel FET is “off” when the gate voltage is below ground, and “on” when the gate voltage is greater than a threshold above ground. When a positive or zero voltage pulse amplitude (high or “1”, or low or “0”) is applied to the input at the same time, the cell operates as an AND gate as follows.

この設計の論理ゲートはディジタル・エレクトロニックス処理のバックボーンをなすものであるが、それらは幾つかの短所で苦しむ。この論理ゲート・セルを構成するには多数のFET(図5の例で6つ)が必要であり、それ故に、チップ内で大きな領域を占有する。更に、ブール代数処理の結果が記憶されず、後で再呼出しするためには、次の処理ステップで用いられるクロック・サイクルで同期化される必要があるか、或いは別個の記憶セルへ送る必要性がある。上記の議論は、相補型金属酸化膜シリコン(CMOS)論理素子用に提供された。トランジスタートランジスタ論理(TTL)類はバイポーラ・トランジスタに基づくが、同様な結論が当てはまる。言い換えれば、単一TTL論理ゲートのセルは幾つかのトランジスタと幾つかのレジスタを含み、チップ上の相当なスペースを使う。論理処理及び記憶の機能を単一要素内に統合することが望ましいと云うことは明らかである。   Although the logic gates of this design are the backbone of digital electronics processing, they suffer from several disadvantages. The construction of this logic gate cell requires a large number of FETs (six in the example of FIG. 5) and therefore occupies a large area in the chip. Furthermore, the result of Boolean algebra processing is not stored and needs to be synchronized in the clock cycle used in the next processing step or sent to a separate storage cell for later recall. There is. The above discussion has been provided for complementary metal oxide silicon (CMOS) logic devices. Although transistor transistor logic (TTL) classes are based on bipolar transistors, similar conclusions apply. In other words, a single TTL logic gate cell contains several transistors and several resistors, and uses considerable space on the chip. Clearly, it is desirable to integrate logic processing and storage functions into a single element.

このようにして、高密度メモリ及び論理環境の点において、容易に且つ信頼性をもって使用可能な改良された素子の甚大な要望がある。   Thus, there is a tremendous demand for improved devices that can be used easily and reliably in terms of high density memory and logic environments.

よって、本発明の目的は、強磁性体構成要素を含む改良されたホール効果素子であって、全ての他の環境(例えば、ディジタルの組合わせ可能なタスクを実行する論理応用例や、磁界センサ等を含む)であっても同様に、ディジタル情報の不揮発性記憶装置用のメモリ素子として使用可能である改良されたホール効果素子を提供することである。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved Hall effect element that includes a ferromagnetic component, which can be used in all other environments (eg, logic applications that perform digital combinable tasks, magnetic field sensors, etc. In the same manner, an improved Hall effect element that can be used as a memory element for a non-volatile storage device for digital information is provided.

本発明の他の目的は、本発明の変形ホール効果素子に従来の半導体FET構造を組合わせた改良ハイブリッド型FET素子を提供することであり、これは上記した応用例における従来のFET(或いは従来の磁界センサ)と置き換えて使用することもできる。   Another object of the present invention is to provide an improved hybrid FET device in which the modified Hall effect device of the present invention is combined with a conventional semiconductor FET structure, which is the conventional FET (or the conventional one) in the above-described application example. The magnetic field sensor can also be used.

本発明に従えば、新規なホール効果素子は、ホール・プレートの一部を覆い且つ該ホール・プレートから電気的に絶縁された強磁性体層を用いて製造される。この構造は、一般的には「変形ホール・プレート」と呼称され得る。   In accordance with the present invention, a novel Hall effect element is manufactured using a ferromagnetic layer that covers a portion of the Hall plate and is electrically isolated from the Hall plate. This structure may be generally referred to as a “deformed Hall plate”.

変形ホール・プレートの強磁性体層は、素子が2つの安定磁化状態(1つの異方性軸に沿って正と負)を有するように、磁気的に異方性であるように製造される。従って、変形ホール・プレートは2つの安定なホール電圧状態を有し、その状態が強磁性体層の磁化の配向によって決定されるものであり、即ち、(正配向用の)「正」ホール電圧と(負配向用の)「負」ホール電圧とである。外部磁界は、素子の磁化状態を強磁性体層の磁化を正或いは負となるように配向することによって変更すべく使用可能である。   The ferromagnetic layer of the modified Hall plate is manufactured to be magnetically anisotropic so that the element has two stable magnetization states (positive and negative along one anisotropic axis). . Thus, the deformed Hall plate has two stable Hall voltage states, which are determined by the orientation of the magnetization of the ferromagnetic layer, ie a “positive” Hall voltage (for positive orientation). And “negative” Hall voltage (for negative orientation). An external magnetic field can be used to change the magnetization state of the element by orienting the magnetization of the ferromagnetic layer to be positive or negative.

本発明の第一の構成によれば、改良されたホール効果素子であって、
上面を有する共に、電流を担持できる導電性フィルム層と、
制御可能な磁化配向を有すると共に、前記のそうした上面の第一の部分を覆うが第二の部分を覆っていない強磁性体層であり、前記のそうした面に対して略垂直なフリンジ磁界が当該強磁性体層のエッジ部によって生じ得るようになされた強磁性体層とを備え、
電気信号が、前記導電性フィルム層内の電流に作用する前記フリンジ磁界に応答して生じ得ることから成るホール効果素子が提供される。
According to a first configuration of the present invention, there is an improved Hall effect element,
A conductive film layer having an upper surface and capable of carrying a current;
A ferromagnetic layer having a controllable magnetization orientation and covering the first portion of the top surface but not the second portion, wherein a fringe magnetic field substantially perpendicular to the surface is A ferromagnetic layer adapted to be generated by an edge portion of the ferromagnetic layer,
A Hall effect element is provided, wherein an electrical signal can be generated in response to the fringing magnetic field acting on the current in the conductive film layer.

上記の構成において、前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記電気信号が、前記第一センサと前記第二センサとをつなぐ軸に略沿って生ずる電圧とすることが望ましい。また、前記導電性フィルム層と、前記強磁性体層とを絶縁層によって分離するように構成することが望ましい。   In the above configuration, the first sensor coupled to the first edge portion of the conductive film layer and the second sensor coupled to the second edge portion of the conductive film layer opposite to the first edge portion. It is preferable that the electric signal is a voltage generated substantially along an axis connecting the first sensor and the second sensor. Further, it is desirable that the conductive film layer and the ferromagnetic layer are separated by an insulating layer.

前記電流が、前記導電性フィルム層の第三のエッジ部に結合された第一バイアス・ターミナルと、前記第三のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第四のエッジ部に結合された第二バイアス・ターミナルとの間を流れるように構成することが望ましい。前記強磁性体層における磁化配向を構成するための書き込みラインを設けることも可能である。さらに、前記強磁性体層が、磁気的に記憶されたデータによって生ずる磁界に結合されており、発生した前記電気信号が前記データの値に関連されており、前記素子が磁界センサとして動作するように構成することが可能である。またさらに、前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る軸線に略直交する容易磁化軸を有するように構成することが可能である。   The current is applied to a first bias terminal coupled to a third edge of the conductive film layer and to a fourth edge of the conductive film layer opposite to the third edge. It is desirable to configure to flow between the coupled second bias terminals. It is also possible to provide a write line for configuring the magnetization orientation in the ferromagnetic layer. Further, the ferromagnetic layer is coupled to a magnetic field generated by magnetically stored data, and the generated electrical signal is related to the value of the data so that the element operates as a magnetic field sensor. It is possible to configure. Still further, the ferromagnetic layer can be configured to have an easy magnetization axis substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to an axis passing through the first and second sensors.

本発明の第二の構成によれば、導電性フィルム層と、
記憶するデータ項目の異なる二つの値に対応して少なくとも二つの制御可能で安定な磁化配向を有し、前記導電性フィルム層の上面の一部を、二つの状態を有しするとともに前記導電性フィルム層の上面に対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生する強磁性体層とによって構成され、
前記導電性フィルム層に流れる電流に作用するフリンジ磁界の状態に応じて、前記データ項目の異なる二つの値に対応する二つの異なる電気信号を発生するようにしたことを特徴とするメモリ装置が提供される。
According to the second configuration of the present invention, a conductive film layer,
There are at least two controllable and stable magnetization orientations corresponding to two different values of data items to be stored, and a part of the upper surface of the conductive film layer has two states and the conductivity A ferromagnetic layer that generates a fringing magnetic field substantially normal to the upper surface of the film layer by an edge portion;
A memory device is provided, wherein two different electrical signals corresponding to two different values of the data item are generated according to a state of a fringe magnetic field acting on a current flowing through the conductive film layer. Is done.

上記の本発明の第二の構成において、前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧とすることが出来る。   In the second configuration of the present invention, the first sensor coupled to the first edge portion of the conductive film layer and the first sensor of the conductive film layer opposite to the first edge portion. And a second sensor coupled to the two edges, wherein the two different electrical signals may be voltages that occur approximately along an axis passing through the first sensor and the second sensor.

上記の本発明の第二の構成において、前記二つの異なる電気信号は、前記データ項目の異なる二つの値の第一の値が前記メモリ装置に記憶されている場合に発生される第一の電圧出力信号と、前記データ項目の異なる二つの値の第二の値が前記メモリ装置に記憶されている場合に発生される第二の電圧出力信号で構成することが出来る。   In the second configuration of the present invention described above, the two different electrical signals are a first voltage generated when a first value of two different values of the data item is stored in the memory device. An output signal and a second voltage output signal generated when the second value of two different values of the data item are stored in the memory device can be configured.

上記の本発明の第二の構成において、前記メモリ装置の二つの電気信号を基準値と比較して、メモリ装置に記憶されたデータ項目の値を判定する検出回路設けることが出来る。   In the second configuration of the present invention described above, a detection circuit for comparing the two electrical signals of the memory device with a reference value and determining the value of the data item stored in the memory device can be provided.

上記の本発明の第二の構成において、前記電流は、導電性フィルム層の第三のエッジ部に結合された第一のバイアス端子と、前記第三のエッジ部に対向する第四のエッジ部に結合された第二のバイアス端子の間に流れる読み出し電流とすることが出来る。   In the second configuration of the present invention described above, the current includes a first bias terminal coupled to the third edge portion of the conductive film layer, and a fourth edge portion facing the third edge portion. Can be a read current flowing between the second bias terminals coupled to.

上記の本発明の第二の構成において、前記強磁性体層内の二つの制御可能な磁化配向状態を規定する配線を設けることが出来る。   In the second configuration of the present invention described above, a wiring defining two controllable magnetization orientation states in the ferromagnetic layer can be provided.

上記の本発明の第二の構成において、前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を設けることが出来る。   In the second configuration of the present invention, the ferromagnetic layer can be provided with an easy magnetization axis that is substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis passing through the first and second sensors.

上記の本発明の第二の構成において、前記強磁性体層の磁化配向は、
(i)第一の振幅の書き込み電流に応じて第一の状態となるとともに、第一の書き込む磁界に関連づけられ、
(ii)第二の振幅の書き込み電流に応じて第二の状態となるとともに、第二の書き込む磁界に関連づけることが出来る。
In the second configuration of the present invention described above, the magnetization orientation of the ferromagnetic layer is:
(I) The first state is set according to the write current having the first amplitude, and the first state is related to the magnetic field;
(Ii) It becomes a second state according to the write current of the second amplitude, and can be related to the second write magnetic field.

上記の本発明の第二の構成において、前記強磁性体層の磁化配向、前記強磁性体層に他方の状態が設定されるまで、一方の状態に保持されるように構成することが出来る。   In the second configuration of the present invention, the magnetization orientation of the ferromagnetic layer and the one state can be maintained until the other state is set in the ferromagnetic layer.

上記の本発明の第二の構成において、複数のメモリ装置が結合され、メモリ配列を構成することが出来る。   In the second configuration of the present invention, a plurality of memory devices can be combined to form a memory array.

上記の本発明の第二の構成において、強磁性体層は、130nmの層厚を持った鉄、コバルトまたはパーマロイの薄膜であり、前記導電性フィルム層は、1ミクロン幅のガリウム−砒素プレートであり、二つの層は層厚50nmの酸化物絶縁層により分離することが出来る。   In the second configuration of the present invention, the ferromagnetic layer is an iron, cobalt or permalloy thin film having a layer thickness of 130 nm, and the conductive film layer is a 1 micron wide gallium-arsenide plate. The two layers can be separated by an oxide insulating layer having a thickness of 50 nm.

本発明の第三の構成によれば、一乃至複数の入力信号と出力信号の結合に関連する論理関数の行うための論理装置であって、
導電性フィルム層と、
記憶するデータ項目の異なる二つの値に対応して少なくとも二つの制御可能で安定な磁化配向を有し、前記導電性フィルム層の上面の一部を、二つの状態を有しするとともに前記導電性フィルム層の上面に対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生する強磁性体層と、及び
前記強磁性体層と、導線上の第一及び第二の電流値の一方の電流値を持つ入力データ信号によって発生される磁界と誘電的に結合する書き込み線とによって構成され、
フリンジ磁界に採用する導電性フィルム層に流れる電流に応じて電気出力信号が発生され、該電気出力信号が、前記入力データ信号及び前記論理関数に関連している論理装置が提供される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a logic device for performing a logic function related to the combination of one or more input signals and output signals,
A conductive film layer;
There are at least two controllable and stable magnetization orientations corresponding to two different values of data items to be stored, and a part of the upper surface of the conductive film layer has two states and the conductivity A ferromagnetic layer that generates a fringing magnetic field in a substantially normal direction with respect to the upper surface of the film layer by an edge portion; and one of the first and second current values on the ferromagnetic layer and the conductor. Composed of a magnetic field generated by an input data signal having a write line that is dielectrically coupled,
An electrical output signal is generated in response to the current flowing through the conductive film layer employed for the fringing magnetic field, and a logic device is provided in which the electrical output signal is related to the input data signal and the logic function .

上記の本発明の第三の構成によれば、前記電気出力信号は、強磁性体層の磁化配向の状態が、前記論理関数に関連した前記入力データ信号の第一の組み合わせに対応する磁界により反転された時に第一の値を有し、強磁性体層の磁化配向の状態が、前記論理関数に関連した前記入力データ信号の第二の組み合わせに対応する磁界により反転されない時に第二の値を有する構成とすることが出来る。 According to the third configuration of the present invention, the electrical output signal is generated by a magnetic field corresponding to a first combination of the input data signals in which the magnetization orientation state of the ferromagnetic layer is related to the logic function. A first value when inverted, and a second value when the state of magnetization orientation of the ferromagnetic layer is not inverted by a magnetic field corresponding to the second combination of the input data signals associated with the logic function. It can be set as the structure which has.

上記の本発明の第三の構成によれば、前記強磁性体の磁化配向は、前記論理装置において実行される論理関数の結果に対応しており、この結果は、後続の入力信号の組み合わせによって磁化配向状態が反転される間で、論理装置内に記憶されることが望ましい。 According to the third configuration of the present invention described above, the magnetization orientation of the ferromagnetic material corresponds to the result of a logic function executed in the logic device, and this result depends on the combination of subsequent input signals. It is desirable to be stored in the logic device while the magnetization orientation state is reversed.

上記の本発明の第三の構成によれば、強磁性体層の磁化状態は、前記論理装置によって実行される論理関数に基づいて初期状態に設定されることが好ましい。 According to the third configuration of the present invention, the magnetization state of the ferromagnetic layer is preferably set to an initial state based on a logic function executed by the logic device.

上記の本発明の第三の構成によれば、前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧とすることが出来る。   According to the third configuration of the present invention, the first sensor coupled to the first edge portion of the conductive film layer and the conductive film layer opposite to the first edge portion. A second sensor coupled to the second edge of the second sensor, wherein the two different electrical signals can be voltages that occur approximately along an axis passing through the first sensor and the second sensor. .

上記の本発明の第三の構成によれば、前記メモリ装置の二つの電気信号を基準値と比較して、メモリ装置に記憶されたデータ項目の値を判定する検出回路を設けることが出来る。   According to the third configuration of the present invention, a detection circuit that compares the two electrical signals of the memory device with a reference value and determines the value of the data item stored in the memory device can be provided.

上記の本発明の第三の構成によれば、前記電流は、導電性フィルム層の第三のエッジ部に結合された第一のバイアス端子と、前記第三のエッジ部に対向する第四のエッジ部に結合された第二のバイアス端子の間に流れる読み出し電流とすることが出来る。   According to the third configuration of the present invention described above, the current is supplied to the first bias terminal coupled to the third edge portion of the conductive film layer, and to the fourth edge facing the third edge portion. A read current flowing between the second bias terminals coupled to the edge portion can be used.

上記の本発明の第三の構成によれば、前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する構成とすることが出来る。   According to the third configuration of the present invention, the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis that is substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis passing through the first and second sensors. I can do it.

上記の本発明の第三の構成によれば、前記論路装置は、ORゲート、NORゲート、NOTゲート、NANDゲート又はANDゲートの一つの所定の論理関数を実行するように構成され、前記所定の論理関数は、磁化配向の初期の構成及び各入力データ信号に関連する振幅に基づいて所定の論理関数に基づいていることが望ましい。 According to the third configuration of the present invention, the logic device is configured to execute one predetermined logic function of an OR gate, a NOR gate, a NOT gate, a NAND gate, and an AND gate, and This logic function is preferably based on a predetermined logic function based on the initial configuration of the magnetization orientation and the amplitude associated with each input data signal.

上記の本発明の第三の構成によれば、複数の論理装置が結合されて論理ゲート配列を形成しており、入力信号は一乃至複数の論理装置からの出力信号とすることが出来る。   According to the third configuration of the present invention, a plurality of logic devices are combined to form a logic gate array, and an input signal can be an output signal from one or more logic devices.

上記の本発明の第三の構成によれば、所定のシーケンス中において、前記論理ゲート配列に記憶された論理関数の結果を読み出す読み出し回路を設けることが出来る。 According to the third configuration of the present invention described above, it is possible to provide a read circuit that reads the result of the logic function stored in the logic gate array in a predetermined sequence.

上記の本発明の第三の構成によれば、後段の半導体回路によって使用可能な許容可能な論理レベルに論理装置の出力を変換するレベルシフタ回路を設けることが出来る。   According to the third configuration of the present invention described above, it is possible to provide a level shifter circuit that converts the output of the logic device to an acceptable logic level that can be used by the semiconductor circuit in the subsequent stage.

本発明の第四の構成によれば、導電層の第一のエッジに結合された第一の点と前記導電層の第二のエッジに結合された第二の点を接続する第一の軸線に沿って発生される電圧電位に関連した電気信号を発生する方法であって、
前記第一の軸線と略直交する導電性フィルム層の第二の軸線に沿って流れる電流を発生し、
ほぼ前記第一の軸線に沿って位置する強磁性層のエッジ部に沿い、前記第二の軸線に対して略法線方向のフリンジ磁界を発生して、
前記電流に作用するフリンジ磁界に応答して電気信号を発生するようにした電気信号の発生方法が提供される。
According to the fourth configuration of the present invention, the first axis connecting the first point coupled to the first edge of the conductive layer and the second point coupled to the second edge of the conductive layer. A method for generating an electrical signal related to a voltage potential generated along
Generating a current flowing along the second axis of the conductive film layer substantially orthogonal to the first axis;
Along the edge of the ferromagnetic layer located approximately along the first axis, generating a fringe magnetic field in a substantially normal direction relative to the second axis;
A method for generating an electrical signal is provided in which an electrical signal is generated in response to a fringe magnetic field acting on the current.

上記の本発明の第四の構成によれば、前記フリンジ磁界は。強磁性体層の磁化配向状態から得られ、磁化状態は、磁界を発生する書き込み線によって強磁性体層を誘電的に結合することによって変化させることが出来る。   According to the fourth configuration of the present invention, the fringe magnetic field is. Obtained from the magnetization orientation state of the ferromagnetic layer, the magnetization state can be changed by dielectrically coupling the ferromagnetic layer with a write line that generates a magnetic field.

上記の本発明の第四の構成によれば、前記書き込み線から発生する前記フリンジ磁界によって、前記磁化配向を、バイナリデータ項目の第一の値を示す不揮発状態である第一の状態と、前記バイナリデータ項目の第二の値を示す不揮発状態である第二の状態に設定するとともに、発生された電気信号は、バイナリデータ項目の二つの値に対応する二つの異なる値とすることが出来る。 According to the fourth configuration of the present invention described above, the magnetization orientation is changed by the fringe magnetic field generated from the write line, the first state being a nonvolatile state indicating a first value of a binary data item, While setting the second state, which is a non-volatile state indicating the second value of the binary data item, the generated electrical signal can be two different values corresponding to the two values of the binary data item.

上記の本発明の第四の構成によれば、前記書き込み線から発生する前記フリンジ磁界によって、前記磁化配向を、二つの安定な不揮発状態のいずれかに設定するとともに、これらの状態は、一乃至複数の入力論理信号に関連するブール関数の結果を示しており、磁気配向は、ブール関数の結果を記憶し、所定の入力論理信号の組み合わせのみに応答して変化するように構成することが出来る。 According to the fourth configuration of the present invention, the magnetization orientation is set to one of two stable nonvolatile states by the fringe magnetic field generated from the write line, and these states are one to one. Boolean function results associated with multiple input logic signals are shown, and the magnetic orientation can be configured to store the Boolean function results and change only in response to a given combination of input logic signals. .

上記の本発明の第四の構成によれば、電気信号の測定によって論理装置に記憶されたブール関数バイナリデータの読み込み、前記論理装置に記憶されやブール関数の結果によって決定された基準値と比較するステップを含む構成とすることが出来る。 According to the fourth configuration of the present invention described above, the reading of the Boolean function binary data stored in the logic device by the measurement of the electric signal is compared with the reference value stored in the logic device or determined by the result of the Boolean function. It can be set as the structure containing the step to perform.

上記の本発明の第四の構成によれば、電気信号を、後段の半導体回路によって使用可能な許容電圧の論理レベルに変換するステップを含む構成とする事が出来る。   According to the fourth configuration of the present invention described above, the configuration may include a step of converting the electrical signal into a logic level of an allowable voltage that can be used by the semiconductor circuit at the subsequent stage.

上記の本発明の第四の構成によれば、前記強磁性体は、磁気的に記憶されたデータによって発生された磁界に結合されており、発生される前記電気信号は、データの値に関連づけるように構成することが出来る。   According to the fourth configuration of the present invention, the ferromagnetic body is coupled to a magnetic field generated by magnetically stored data, and the generated electrical signal relates to a data value. It can be configured as follows.

本発明の第五の構成によれば、ソース領域、ドレイン領域、ゲート及びチャンネルの含む電界効果トランジスタと、
制御可能な磁化配向を有し、前記チャンネルに対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生するようにゲートとチャンネルに関連して配置した強磁性体層とによって構成され、
強磁性体層の磁化配向に関連した電気信号が、電界効果トランジスタのソース領域及びドレイン領域間を流れる電流に作用するフリンジ磁界に応答して発生することができる電子装置が提供される。
According to a fifth configuration of the present invention, a field effect transistor including a source region, a drain region, a gate and a channel;
A magnetic layer having a controllable magnetization orientation and arranged in relation to the gate and the channel so that a fringing magnetic field substantially normal to the channel is generated by the edge;
An electronic device is provided in which an electrical signal related to the magnetization orientation of a ferromagnetic layer can be generated in response to a fringing magnetic field acting on a current flowing between a source region and a drain region of a field effect transistor.

上記の本発明の第五の構成によれば、前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧とすることが出来る。   According to the fifth configuration of the present invention, the first sensor coupled to the first edge portion of the conductive film layer and the conductive film layer opposite to the first edge portion. A second sensor coupled to the second edge of the second sensor, wherein the two different electrical signals can be voltages that occur approximately along an axis passing through the first sensor and the second sensor. .

上記の本発明の第五の構成によれば、前記電流は、前記電界効果トランジスタのソース領域に結合された第一のバイアス端子と、前記電界効果トランジスタのドレイン領域に結合された第二のバイアス端子の間に流れるように構成することが出来る。 According to a fifth configuration of the present invention described above, the current, the the first bias terminal coupled to the source region of the field effect transistor, a second bias which is coupled to the drain region of the field effect transistor It can be configured to flow between the terminals.

上記の本発明の第五の構成によれば、前記強磁性体層内の二つの制御可能な磁化配向状態を規定する配線を有する構成とすることが出来る。   According to the fifth configuration of the present invention described above, it is possible to have a configuration having wirings that define two controllable magnetization orientation states in the ferromagnetic layer.

上記の本発明の第五の構成によれば、前記チャンネルと前記強磁性体層は、第一の絶縁層によって分離され、配線及びゲートは第二の絶縁層によって分離することが可能である。   According to the fifth configuration of the present invention, the channel and the ferromagnetic layer can be separated by the first insulating layer, and the wiring and the gate can be separated by the second insulating layer.

上記の本発明の第五の構成によれば、前記ゲートは、制御信号に応答してソース領域とドレイン領域間に流れる電流を制御することが出来る。   According to the fifth configuration of the present invention, the gate can control the current flowing between the source region and the drain region in response to the control signal.

上記の本発明の第五の構成によれば、前記強磁性体は、磁気的に記憶されたデータによって発生された磁界に結合され、発生された電気信号は、データの値に関連され、電子装置は、磁界センサとして動作することが出来る。   According to the fifth configuration of the invention described above, the ferromagnetic material is coupled to a magnetic field generated by magnetically stored data, and the generated electrical signal is related to the value of the data, and the electron The device can operate as a magnetic field sensor.

上記の本発明の第五の構成によれば、前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する構成とすることが出来る。   According to the fifth configuration of the present invention, the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis passing through the first and second sensors. I can do it.

本発明の第六の構成によれば、ソース領域、ドレイン領域、ゲート及びチャンネルの含む電界効果トランジスタと、
記憶するデータ項目の異なる二つの値に対応して少なくとも二つの制御可能で安定な磁化配向を有し、前記導電性フィルム層の上面の一部を、二つの状態を有するとともに前記チャンネルに対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生するようにゲートとチャンネルに関連して配置した強磁性体層とによって構成され、
前記チャンネルに流れる電流に作用するフリンジ磁界の状態に応じて、前記データ項目の異なる二つの値に対応する二つの異なる電気信号を発生するようにしたことを特徴とするメモリ装置が提供される。
According to a sixth configuration of the present invention, a field effect transistor including a source region, a drain region, a gate and a channel;
At least two controllable and stable magnetization orientations corresponding to two different values of data items to be stored, a portion of the top surface of the conductive film layer having two states and with respect to the channel It is constituted by a ferromagnetic layer arranged in relation to the gate and the channel so that a fringing magnetic field in a substantially normal direction is generated by the edge,
A memory device is provided, wherein two different electrical signals corresponding to two different values of the data item are generated according to a state of a fringe magnetic field acting on a current flowing through the channel.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記チャンネルに結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記チャンネルに結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧とすることが出来る。   According to the sixth configuration of the present invention, further comprising: a first sensor coupled to the channel; and a second sensor coupled to the channel opposite to the first edge portion, The two different electrical signals can be voltages that occur approximately along an axis passing through the first sensor and the second sensor.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記二つの異なる電気信号は、前記データ項目の異なる二つの値の第一の値が前記メモリ装置に記憶されている場合に発生される第一の電圧出力信号と、前記データ項目の異なる二つの値の第二の値が前記メモリ装置に記憶されている場合に発生される第二の電圧出力信号で構成することが出来る。   According to the sixth configuration of the present invention, the two different electrical signals are generated when a first value of two different values of the data item is stored in the memory device. And a second voltage output signal generated when a second value of two different values of the data item is stored in the memory device.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記メモリ装置の二つの電気信号を基準値と比較して、メモリ装置に記憶されたデータ項目の値を判定する検出回路を有する構成とすることが出来る。   According to the sixth configuration of the present invention described above, the configuration includes a detection circuit that compares the two electrical signals of the memory device with a reference value and determines the value of the data item stored in the memory device. I can do it.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記電流は、電界効果トランジスタのソース領域に結合された第一のバイアス端子と、電界効果トランジスタのドレイン領域に結合された第二のバイアス端子の間に流れる読み出し電流とすることが出来る。 According to a sixth configuration of the present invention described above, the current has a first bias terminal coupled to the source region of the field effect transistor, the second bias terminal coupled to the drain region of the field effect transistor A reading current flowing between them can be used.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記強磁性体層内の二つの制御可能な磁化配向状態を規定する配線を有する構成とすることが出来る。   According to the sixth configuration of the present invention described above, it is possible to have a configuration having wirings that define two controllable magnetization orientation states in the ferromagnetic layer.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記チャンネル及び前記強磁性体層は、第一の絶縁層で分離され、前記書き込み線と前記ゲートは、第二の絶縁層によって分離される構成とすることが出来る。   According to the sixth configuration of the present invention, the channel and the ferromagnetic layer are separated by a first insulating layer, and the write line and the gate are separated by a second insulating layer. It can be.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する構成とする事が出来る。   According to the sixth configuration of the present invention, the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis that is substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis passing through the first and second sensors. I can do it.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記強磁性体層の磁化配向は、
(i)第一の振幅の書き込み電流に応じて第一の状態となるとともに、第一の書き込む磁界に関連づけられ、
(ii)第二の振幅の書き込み電流に応じて第二の状態となるとともに、第二の書き込む磁界に関連づけられることが望ましい。
According to the sixth configuration of the present invention, the magnetization orientation of the ferromagnetic layer is
(I) The first state is set according to the write current having the first amplitude, and the first state is related to the magnetic field;
(Ii) It is desirable to enter the second state in accordance with the write current having the second amplitude and to be related to the second write magnetic field.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記強磁性体層の磁化配向、前記強磁性体層に他方の状態が設定されるまで、一方の状態に保持される構成とすることが出来る。   According to the sixth configuration of the present invention, the magnetization orientation of the ferromagnetic layer and the configuration in which one state is maintained until the other state is set in the ferromagnetic layer can be obtained. .

上記の本発明の第六の構成によれば、複数のメモリ装置が結合され、メモリ配列を構成することが可能である。   According to the sixth configuration of the present invention, a plurality of memory devices can be combined to form a memory array.

上記の本発明の第六の構成によれば、前記ゲートは、読み出し信号に応答して、ソース領域とドレイン領域間に流れる電流を制御することが出来る。   According to the sixth configuration of the present invention, the gate can control the current flowing between the source region and the drain region in response to the read signal.

本発明の第七の構成によれば、一乃至複数の入力信号と出力信号の結合に関連する論理関数の行うための論理装置であって、
ソースと、ドレインと、ゲート及びチャンネルを含む電界効果トランジスタと、
記憶するデータ項目の異なる二つの値に対応して少なくとも二つの制御可能で安定な磁化配向を有し、前記導電性フィルム層の上面の一部を、二つの状態を有するとともに前記チャンネルに対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生するようにゲートとチャンネルに関連して配置した強磁性体層とによって構成され、
前記強磁性体層と、導線上の第一及び第二の電流値の一方の電流値を持つ入力データ信号によって発生される磁界と誘電的に結合する書き込み線とによって構成され、
前記チャンネルに流れる電流に作用するフリンジ磁界の状態に応じて、前記データ項目の異なる二つの値に対応する二つの異なる電気信号を発生するようにしたことを特徴とする論理装置を提供することが出来る。
According to a seventh configuration of the present invention, there is provided a logic device for performing a logic function related to the combination of one or more input signals and output signals,
A field effect transistor including a source, a drain, a gate and a channel;
At least two controllable and stable magnetization orientations corresponding to two different values of data items to be stored, a portion of the top surface of the conductive film layer having two states and with respect to the channel It is constituted by a ferromagnetic layer arranged in relation to the gate and the channel so that a fringing magnetic field in a substantially normal direction is generated by the edge,
The ferromagnetic layer and a write line that dielectrically couples with a magnetic field generated by an input data signal having one of the first and second current values on the conductor;
To provide a logic device, wherein two different electrical signals corresponding to two different values of the data item are generated according to a state of a fringe magnetic field acting on a current flowing through the channel. I can do it.

上記の本発明の第七の構成によれば、前記電気出力信号は、強磁性体層の磁化配向の状態が、前記論理関数に関連した前記入力データ信号の第一の組み合わせに対応する磁界により反転された時に第一の値を有し、強磁性体層の磁化配向の状態が、前記論理関数に関連した前記入力データ信号の第二の組み合わせに対応する磁界により反転されない時に第二の値を有していることが出来る。 According to the seventh configuration of the present invention, the electrical output signal is generated by a magnetic field corresponding to a first combination of the input data signals in which the magnetization orientation state of the ferromagnetic layer is related to the logic function. A first value when inverted, and a second value when the state of magnetization orientation of the ferromagnetic layer is not inverted by a magnetic field corresponding to the second combination of the input data signals associated with the logic function. Can have.

上記の本発明の第七の構成によれば、前記論理関数の結果は、磁化配向状態が後続の入力信号の組み合わせによって反転されるまで、論理装置に記憶される構成とすることが出来る。 According to the seventh configuration of the present invention, the result of the logic function can be stored in the logic device until the magnetization orientation state is inverted by a combination of subsequent input signals.

上記の本発明の第七の構成によれば、強磁性体層の磁化配向状態は、論理装置によって実行される論理関数に基づいて初期状態に設定されることが出来る。 According to the seventh configuration of the present invention, the magnetization orientation state of the ferromagnetic layer can be set to the initial state based on the logic function executed by the logic device.

上記の本発明の第七の構成によれば、前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧とすることが出来る。   According to the seventh configuration of the present invention, the first sensor coupled to the first edge portion of the conductive film layer, and the conductive film layer opposite to the first edge portion. A second sensor coupled to the second edge of the second sensor, wherein the two different electrical signals can be voltages that occur approximately along an axis passing through the first sensor and the second sensor. .

上記の本発明の第七の構成によれば、前記論理装置に記憶された結果を決定するために、論理装置の電気出力信号を基準値の比較する検出回路を有する構成とすることが出来る。   According to the seventh configuration of the present invention, it is possible to have a configuration having a detection circuit that compares the electrical output signal of the logic device with a reference value in order to determine the result stored in the logic device.

上記の本発明の第七の構成によれば、前記電流は、前記電界効果トランジスタのソースに結合された第一のバイアス端子と電界効果トランジスタのドレインに結合された第二のバイアス端子間に流れる読み出し電流とすることが出来る。 According to a seventh configuration of the present invention described above, the current flows between the second bias terminal coupled to the drain of the first bias terminal and the field-effect transistor coupled to the source of the field effect transistor The read current can be used.

上記の本発明の第七の構成によれば、前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する構成とすることが出来る。   According to the seventh configuration of the present invention, the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis passing through the first and second sensors. I can do it.

上記の本発明の第七の構成によれば、前記論路装置は、ORゲート、NORゲート、NOTゲート、NANDゲート又はANDゲートの一つの所定の論理関数を実行するように構成され、前記所定の論理関数は、磁化配向の初期の構成及び各入力データ信号に関連する振幅に基づいて所定の論理関数に基づくものとすることが出来る。 According to the seventh configuration of the present invention, the logic device is configured to execute one predetermined logic function of an OR gate, a NOR gate, a NOT gate, a NAND gate, and an AND gate, and logic functions can be based on a predetermined logic function on the basis of the amplitude associated with the initial configuration and the input data signal of the magnetization orientation.

上記の本発明の第七の構成によれば、複数の論理装置が結合されて論理ゲート配列を形成しており、入力信号は一乃至複数の論理装置からの出力信号とすることが出来る。   According to the seventh configuration of the present invention, a plurality of logic devices are combined to form a logic gate array, and an input signal can be an output signal from one or more logic devices.

上記の本発明の第七の構成によれば、所定のシーケンス中において、前記論理ゲート配列に記憶された論理関数の結果を読み出す読み出し回路を有することが出来る。 According to the seventh configuration of the present invention described above, it is possible to have a readout circuit that reads out the result of the logic function stored in the logic gate array in a predetermined sequence.

上記の本発明の第七の構成によれば、後段の半導体回路によって使用可能な許容可能な論理レベルに論理装置の出力を変換するレベルシフタ回路を有する構成とすることが出来る。   According to the seventh configuration of the present invention, the level shifter circuit that converts the output of the logic device to an acceptable logic level that can be used by the semiconductor circuit in the subsequent stage can be provided.

本発明の第八の構成によれば、電界効果トランジスタのチャンネルの第一のエッジに結合された第一の点と前記電界効果トランジスタのチャンネルの第二のエッジに結合された第二の点を接続する第一の軸線に沿って発生される電圧電位に関連した電気信号を発生する方法であって、
第一の軸線に直交する第二の軸線に沿って電界効果トランジスタのチャンネルのソースからチャンネルと通って電界効果トランジスタのドレインに流れる電流を発生し、
フリンジ磁界は、チャンネルに対してほぼ法線方向に向けられた前記ゲートに対して配置される強磁性体層のエッジ部に沿ってフリンジ磁界を発生し、
前記電流に作用するフリンジ磁界に応答して電気信号を発生するようにした電気信号の発生方法が提供される。
According to an eighth aspect of the present invention, the second point coupled to the second edge of the channel of the first point and the field effect transistor coupled to a first edge of the channel of the field effect transistor A method for generating an electrical signal related to a voltage potential generated along a connecting first axis comprising:
Generating a current flowing from the source of the channel of the field effect transistor along the second axis perpendicular to the first axis to the drain of the field effect transistor through the channel;
The fringe magnetic field generates a fringe magnetic field along the edge of the ferromagnetic layer disposed with respect to the gate oriented substantially normal to the channel,
A method for generating an electrical signal is provided in which an electrical signal is generated in response to a fringe magnetic field acting on the current.

上記の本発明の第八の構成によれば、前記フリンジ磁界は、強磁性体層の磁化配向状態から得られ、磁化状態は、磁界を発生する書き込み線によって強磁性体層を誘電的に結合することによって変化させることが出来る。   According to the eighth configuration of the present invention, the fringing magnetic field is obtained from a magnetization orientation state of the ferromagnetic layer, and the magnetization state is dielectrically coupled to the ferromagnetic layer by a write line that generates the magnetic field. It can be changed by doing.

上記の本発明の第八の構成によれば、前記書き込み線から発生する前記フリンジ磁界によって、前記磁化配向を、バイナリデータ項目の第一の値を示す不揮発状態である第一の状態と、前記バイナリデータ項目の第二の値を示す不揮発状態である第二の状態に設定するとともに、発生された電気信号は、バイナリデータ項目の二つの値に対応する二つの異なる値を有する構成とすることが出来る。   According to the eighth configuration of the present invention, the magnetization orientation is changed by the fringe magnetic field generated from the write line, the first state being a nonvolatile state indicating a first value of a binary data item, Set the second state, which is a non-volatile state indicating the second value of the binary data item, and the generated electrical signal has two different values corresponding to the two values of the binary data item. I can do it.

上記の本発明の第八の構成によれば、前記書き込み線から発生する前記フリンジ磁界によって、前記磁化配向を、二つの安定な不揮発状態のいずれかに設定するとともに、これらの状態は、一乃至複数の入力論理信号に関連するブール関数の結果を示しており、磁気配向は、ブール関数の結果を記憶し、所定の入力論理信号の組み合わせのみに応答して変化するように構成することが出来る。 According to the eighth configuration of the present invention, the magnetization orientation is set to one of two stable nonvolatile states by the fringe magnetic field generated from the write line, and these states are one to one Boolean function results associated with multiple input logic signals are shown, and the magnetic orientation can be configured to store the Boolean function results and change only in response to a given combination of input logic signals. .

上記の本発明の第八の構成によれば、電気信号の測定によって論理装置に記憶されたブール関数バイナリデータの読み込み、前記論理装置に記憶されやブール関数の結果によって決定された基準値と比較するステップを含む構成とすることが出来る。 According to the eighth configuration of the present invention described above, the reading of the Boolean function binary data stored in the logic device by the measurement of the electric signal is compared with the reference value stored in the logic device or determined by the result of the Boolean function. It can be set as the structure containing the step to perform.

上記の本発明の第八の構成によれば、電気信号を、後段の半導体回路によって使用可能な許容電圧の論理レベルに変換するステップを含む構成とすることが出来る。   According to the eighth configuration of the present invention described above, it is possible to include a step of converting the electrical signal into a logic level of an allowable voltage that can be used by the semiconductor circuit at the subsequent stage.

従来のホール効果素子
典型的なホール効果素子が図7に示されており、電流Iがホール・プレート520と呼称される薄い矩形プレートを通るように駆動されている。均一磁界Bがプレート520に直交して加えられると、プレート内の電流担体又は電流キャリヤ(電子或いは正孔)に対するローレンツ力が、B磁界の方向とターミナル522からターミナル524へ流れる電流の方向とに直交するように発生する。プレート520の両側部の検知接点の間(S1514とS2516との間)で為される電圧測定は、ホール効果によって生ずるホール電圧VHを測定する。Bの符号が逆転すると、検出される電圧の符号も逆転する。
Conventional Hall Effect Element A typical Hall effect element is shown in FIG. 7, where the current I is driven through a thin rectangular plate called the Hall plate 520. When a uniform magnetic field B is applied orthogonal to the plate 520, the Lorentz force on the current carriers or current carriers (electrons or holes) in the plate is in the direction of the B magnetic field and the direction of the current flowing from the terminal 522 to the terminal 524. Occurs orthogonally. The voltage measurement made between the sensing contacts on both sides of the plate 520 (between S1514 and S2516) measures the Hall voltage VH caused by the Hall effect. When the sign of B is reversed, the sign of the detected voltage is also reversed.

全ての導体はホール効果を示し、ビスマス(金属)や、適切にドープされたシリコン、そしてガリウム砒素等の低キャリヤ密度を具備する材料中で最も強力な効果を示す。この効果は金属では相対的に弱く、半導体で相対的に強い。特定の材料内でのこの効果の強さの定量的な測定値は、ホール移動度μHと呼称される1つの特性である。ホール・プレート520の厚みはこの効果に寄与せず、一般的に、より薄いプレートがより良好に働く。特に、薄いビスマス・フィルム、ドープされたシリコン或いはガリウム砒素の薄いフィルム、二次元電子気体(2DEG)、或いはFETの導電チャネル等が、ホール・プレートとして充分に機能する。典型的な薄膜ホール・プレートが図8に示されている。   All conductors show a Hall effect, the most powerful effect among materials with low carrier density, such as bismuth (metal), appropriately doped silicon, and gallium arsenide. This effect is relatively weak for metals and relatively strong for semiconductors. A quantitative measure of the strength of this effect within a particular material is one characteristic called Hall mobility μH. The thickness of the Hall plate 520 does not contribute to this effect, and generally thinner plates work better. In particular, a thin bismuth film, a thin film of doped silicon or gallium arsenide, a two-dimensional electron gas (2DEG), or a conductive channel of an FET functions well as a hole plate. A typical thin film hole plate is shown in FIG.

変形ホール・プレート実施例
本発明の変形ホール・プレートの概略構成図が図6に示されている。この素子は、従来のホール・プレート520の一部を該ホール・プレートから電気的に絶縁された強磁性フィルム510で覆うことによって形成されており、そのフィルム510の一方のエッジ部又は縁部が、ホール検知ターミナル514及び516の軸とその上方で整列又は整合させられている。強磁性フィルム510は、好ましくは、その磁化512を該フィルム510の空間的平面に^xに沿っての容易軸に合わされた状態で束縛する又は閉じ込める異方性を伴って形成されている。よって、フィルム510の磁化は、ホール検知ターミナル514及び516の軸に直交する軸に沿った正或いは負の状態で配向又は設定される。強磁性フィルム510の磁化が+^xに沿った正であると、前記エッジ部下方において局所化されたへり又は周辺のフリンジ磁界Bはホール・プレート520に対して垂直であり、−^zに沿って下方へ指向する。この局所磁界Bはセンサ近辺のキャリヤのローレンツ偏向を生じて、検知されるホール出力電圧(S1514とS2516との間に生ずる電圧)は所与の極性を有する(例えば、正)。
Modified Hall Plate Example A schematic diagram of a modified Hall plate of the present invention is shown in FIG. This element is formed by covering a portion of a conventional Hall plate 520 with a ferromagnetic film 510 that is electrically insulated from the Hall plate, and one edge or edge of the film 510 is formed. , Aligned or aligned with the axis of the hall sensing terminals 514 and 516 and above. The ferromagnetic film 510 is preferably formed with an anisotropy that constrains or confines its magnetization 512 in the spatial plane of the film 510 with the easy axis along x. Therefore, the magnetization of the film 510 is oriented or set in a positive or negative state along an axis orthogonal to the axes of the Hall detection terminals 514 and 516. If the magnetization of the ferromagnetic film 510 is positive along + ^ x, the edge or peripheral fringing magnetic field B localized below the edge is perpendicular to the Hall plate 520 and at-^ z. Along the direction. This local magnetic field B causes Lorentz deflection of the carrier in the vicinity of the sensor, and the detected Hall output voltage (the voltage generated between S1514 and S2516) has a given polarity (eg, positive).

強磁性フィルム510の磁化が負であると、エッジ部下方におけるフリンジ磁界はホール・プレートに対して垂直であり、+^zに沿った反対方向へ指向する。ローレンツ偏向は符号を変え、出力は極性を変える(例えば、負)。ホール出力の極性規則は、ホール・プレート用の材料の選択によって或いはバイアス電流(或いは電圧)の極性変更によって逆転させることができる。こうして、上述の素子は2つの状態を有し、そうした状態は強磁性フィルム510の磁化配向512によって決定され、これは、「1」或いは「0」が正或いは負の磁化配向512に対応する[任意でよい]。   If the magnetization of the ferromagnetic film 510 is negative, the fringe field below the edge is perpendicular to the Hall plate and is directed in the opposite direction along + ^ z. Lorentz deflection changes sign and output changes polarity (eg, negative). The polarity regulation of the Hall output can be reversed by selecting the material for the Hall plate or by changing the polarity of the bias current (or voltage). Thus, the element described above has two states, which are determined by the magnetization orientation 512 of the ferromagnetic film 510, where “1” or “0” corresponds to a positive or negative magnetization orientation 512 [ Optional].

素子内に記憶されるべきデータ・ビットの形態のデータ値は、磁化を正方向或いは負方向へ配向すべく上に被さった書き込みライン内の電流パルスで生ずる磁界を用いることによって書込める。書き込み処置で、正[負]極性且つ2mA(ミリアンペア)の書き込み電流パルスを書き込みライン(図示されていないが、フィルム510から約50nm遠ざかって配置される)へ送ると、(約8Oeの)磁界Hを生じ、強磁性フィルム510の磁化512を正[或いは負]に配向する(ここで、パーマロイで構成された強磁性フィルム510の場合では、H=8Oe>Hc=4Oeである)。書き込みラインは「ライン(線)」として記載説明している一方、磁界Hを発生すべく充分な電流を担持できる多数の公知の構造(例えば、導電性フィルム、或いは相互接続ラインを含む)が本発明において適合することは、当業者であれば明らかであろう。更に、本発明の説明には必須ではないが、強磁性体層に関連する読み出し/書き込みラインの動作に関する更なる詳細は、上述した米国出願第08/425,884号及び第08/493,815号内に見出すことができる。   Data values in the form of data bits to be stored in the device can be written by using a magnetic field generated by a current pulse in the write line overlaid to orient the magnetization in the positive or negative direction. In a write procedure, when a write current pulse of positive [negative] polarity and 2 mA (milliamperes) is sent to the write line (not shown, but placed about 50 nm away from the film 510), the magnetic field H (about 8 Oe). And the magnetization 512 of the ferromagnetic film 510 is oriented positively [or negatively] (here, in the case of the ferromagnetic film 510 made of permalloy, H = 8 Oe> Hc = 4 Oe). While the write line is described and described as a “line”, a number of known structures (eg, including conductive films or interconnect lines) that can carry enough current to generate a magnetic field H are present. It will be apparent to those skilled in the art that the invention is compatible. Further, although not essential to the description of the present invention, more details regarding the operation of the read / write lines associated with the ferromagnetic layer can be found in the above-mentioned U.S. application Ser. Nos. 08 / 425,884 and 08 / 493,815. be able to.

記憶された情報は不揮発性であり、ホール・プレート520のバイアス・ターミナル522及び524へ電流(或いは電圧)パルスを送って、ホール検知ターミナル514及び516を横切って生ずる電圧を検知することによって読み出され、この特別な実施例において、正電圧は「1」を表わし、負電圧は「0」を表わす。   The stored information is non-volatile and can be read by sending a current (or voltage) pulse to the bias terminals 522 and 524 of the Hall plate 520 and sensing the voltage generated across the Hall sensing terminals 514 and 516. In this particular embodiment, a positive voltage represents “1” and a negative voltage represents “0”.

本発明のこの「変形ホール・プレート」の好適実施例は、図9により詳細に示されている。面内磁化異方性を有する強磁性フィルム510は、ホール・プレート520の一部を覆っている。薄い電気的絶縁(バッファ)層570がホール・プレート520を強磁性体層510から分離している。この有効範囲は、フィルム510の一方のエッジ部が検知プローブS1514及びS2516の軸と一直線上に並ぶまでの程度のものである。強磁性フィルム510は、磁化512をそのフィルム面に拘束する又は閉じ込める大きな異方性を有し、また、容易磁化軸が522から524への電流の流れ方向に沿って存在するような弱い異方性を有する。そうした面内異方性は、一般的には、(パーマロイ、鉄、或いはNiCo等の)強磁性材料、適切な材料厚み、或いは、当業界に精通している人々に公知である他の標準的な磁気バイアス技法を適宜選択することによって達成される。当業界で公知の他の非金属強磁性材料もまた適合し、例えば、半金属(例えば、ホイスラー合金)、ある種の半導体、強磁性相を有するある種の酸化物(例えば、灰チタン石)、他の絶縁体/強磁性目である材料がある。単一軸の磁化軸を提供する異方性は、強磁性フィルムのデポジション中又は形成中に基板に対して磁界を提供すること、適切な下層或いは上層に対して交替バイアスを用いること、或いは、当業界に精通している人々に公知である他の標準的な磁気バイアス技法を用いること等によって達成される。   A preferred embodiment of this “deformed Hall plate” of the present invention is shown in more detail in FIG. A ferromagnetic film 510 having in-plane magnetization anisotropy covers a part of the hole plate 520. A thin electrically insulating (buffer) layer 570 separates the Hall plate 520 from the ferromagnetic layer 510. This effective range is such that one edge portion of the film 510 is aligned with the axes of the detection probes S1514 and S2516. The ferromagnetic film 510 has a large anisotropy that constrains or confines the magnetization 512 to the film surface, and is weakly anisotropic such that the easy magnetization axis exists along the direction of current flow from 522 to 524. Have sex. Such in-plane anisotropy is typically a ferromagnetic material (such as permalloy, iron, or NiCo), an appropriate material thickness, or other standard known to those familiar with the industry. This is achieved by appropriately selecting a proper magnetic bias technique. Other non-metallic ferromagnetic materials known in the art are also compatible, eg, semimetals (eg, Heusler alloys), certain semiconductors, certain oxides having a ferromagnetic phase (eg, perovskite) There are other insulator / ferromagnetic materials. Anisotropy providing a single axis of magnetization provides a magnetic field to the substrate during deposition or formation of the ferromagnetic film, uses alternating bias for the appropriate lower layer or upper layer, or This is accomplished by using other standard magnetic biasing techniques known to those familiar with the industry.

変形ホール・プレート520は図10に更に示され、素子の上面が略一律の縮尺で描かれている。フィルム510の幅w(とホール・プレート520の幅)は、数ミクロン或いはそれ以下であり得て(この場合、1ミクロン)、長さlはその幅と略同一であり(この場合、約1.2ミクロン)、ホール・センサ514及び516の幅は幾分より狭い(この実施例において、約0.6乃至0.8ミクロン)。フィルム510の幅は、ホール・プレート520の幅よりも若干小さくするか或いは大きくすることができ、(^yに関しての)中央に完全に整列させる必要性はない。しかしながら、本発明の重要な特性は、先行技術とは異なって、フィルム510のエッジ部はホール・センサ514及び516とをつなぐ線に沿って横たわっていることである。上述したように、強磁性体層510は磁気異方性を有して形成されているので、^xに沿っての磁化の容易軸がある。   The modified Hall plate 520 is further illustrated in FIG. 10, with the top surface of the device being drawn to approximately uniform scale. The width w of the film 510 (and the width of the hole plate 520) can be several microns or less (in this case 1 micron) and the length l is approximately the same as its width (in this case about 1). .2 microns), the width of Hall sensors 514 and 516 is somewhat narrower (in this example about 0.6 to 0.8 microns). The width of the film 510 can be slightly smaller or larger than the width of the hole plate 520 and does not need to be perfectly aligned in the middle (with respect to ^ y). However, an important characteristic of the present invention is that, unlike the prior art, the edge of film 510 lies along the line connecting Hall sensors 514 and 516. As described above, since the ferromagnetic layer 510 is formed with magnetic anisotropy, there is an easy axis of magnetization along ^ x.

こうした状況下で、強磁性体層510の磁化^Mは、^xに沿って正方向或いは負方向へ指向する2つの安定磁気配向状態を有する。隣接する書き込みライン内の書き込みパルスからの漂遊磁界によって供給され得る小さな外部磁界+/−Hxは^Mを正或いは負に配向させることになる。この文脈において、本発明は情報ビットを記憶するメモリ素子として機能することが判る。他の実施例において、小さな磁界Hxは磁性媒体上の記憶ビットの磁化からの漂遊磁界に関連された外部磁界として発生可能であり、この場合に本発明は読み出しヘッドにおける磁界センサとして機能することになる。   Under such circumstances, the magnetization {circumflex over (M)} of the ferromagnetic layer 510 has two stable magnetic orientation states oriented in the positive or negative direction along {circumflex over (x)}. A small external magnetic field +/− Hx that can be supplied by stray magnetic fields from write pulses in adjacent write lines will cause ^ M to be oriented positively or negatively. In this context, it can be seen that the present invention functions as a memory element for storing information bits. In another embodiment, the small magnetic field Hx can be generated as an external magnetic field associated with the stray magnetic field from the magnetization of the storage bit on the magnetic medium, in which case the invention functions as a magnetic field sensor in the read head. Become.

断面図において、強磁性フィルム510(^Mが正のとき)によって生ずる磁界Bは棒磁石のダイポール(双極子)磁界に似ており、これが図11に一般的に示されている(この断面図は一律の縮尺で描かれていない)。この図に示されているように、フィルム510のエッジ部下方はベクトル磁界Bであり、その内の幾つかの部分が、同図中、矢印及び点線の磁力線によって表わされている。Bは+/−^z方向に大きな成分Bzを有する。Bzは、^Mが正のときに−^zに沿って指向され、^Mが負のときに+^zに沿って指向される。Bzの大きさは、距離の強力な関数であり、そして、フィルムのエッジ部から距離が増大すると、急激に減少する。   In the cross-sectional view, the magnetic field B generated by the ferromagnetic film 510 (when ^ M is positive) resembles a dipole magnetic field of a bar magnet, which is generally shown in FIG. 11 (this cross-sectional view). Are not drawn to scale). As shown in this figure, below the edge part of the film 510 is a vector magnetic field B, and some of the parts are represented by arrows and dotted magnetic lines in the figure. B has a large component Bz in the + / − ^ z direction. Bz is directed along-^ z when ^ M is positive, and is directed along + ^ z when ^ M is negative. The magnitude of Bz is a strong function of distance and decreases rapidly as the distance increases from the edge of the film.

磁界の大きさの距離依存性の概要は、ホール・プレート520とフィルム510との間の分離z0と、フィルム510の厚みdとに依存する。典型的な概要は、静磁気学的に容易に計算され、d=130nm及びz0=50nmを典型値として図12に描かれている。Bzの大きさは、フィルム510の飽和磁化Ms(この材料の固有の特性)に直接的に比例しており、フィルム510の厚みdに線形的に比例している。dに対する磁界の比例関係は、dが1ミクロン或いはそれ以下の程度の限度内において略当てはまる。dのより厚い値は実用的ではなく、その理由は、製造の困難性や、dが約0.3ミクロンを上回ると、面内磁化異方性が弱まるからである。1ミクロンの小数部程度の厚みは微細加工において通常用いられ、本発明の許容内である。パーマロイの場合、飽和磁化Msは1000emu/cm3に略等しく、d、z0、並びにMSが上記の値の場合、フィルム510のエッジ部中央部における1ミクロン幅の領域の平均磁界Bzは1000Oeである。   The outline of the distance dependence of the magnitude of the magnetic field depends on the separation z 0 between the Hall plate 520 and the film 510 and the thickness d of the film 510. A typical overview is easily calculated magnetostatically and depicted in FIG. 12 with d = 130 nm and z0 = 50 nm as typical values. The magnitude of Bz is directly proportional to the saturation magnetization Ms of the film 510 (an inherent property of this material) and linearly proportional to the thickness d of the film 510. The proportional relationship of the magnetic field to d is generally true within the limits where d is on the order of 1 micron or less. A thicker value of d is impractical because manufacturing is difficult and if d exceeds about 0.3 microns, the in-plane magnetization anisotropy is weakened. A thickness of a fraction of 1 micron is usually used in micromachining and is within the tolerance of the present invention. In the case of permalloy, the saturation magnetization Ms is substantially equal to 1000 emu / cm 3, and when d, z 0, and MS are the above values, the average magnetic field Bz in the 1-micron width region at the center of the edge of the film 510 is 1000 Oe.

概念上、強磁性フィルム510は、外部に提供された小さな磁界Hxを大きな、局所化された磁界Bzへ変換する変換器として動作する。磁界Bzの大きさは、ホール・プレート520内のキャリヤに対する古典的なホール効果を用いて測定可能である。(図9)センサS1514及びS2516の間に生ずるホール電圧VHは以下の数式1の線積分によって記載され、ここで、Jはバイアス電流密度、Bは磁界、dlがこの線積分の単位ベクトルである。

Figure 2008227529
Conceptually, the ferromagnetic film 510 operates as a transducer that converts a small externally provided magnetic field Hx into a large, localized magnetic field Bz. The magnitude of the magnetic field Bz can be measured using the classical Hall effect for carriers in the Hall plate 520. (FIG. 9) The Hall voltage VH generated between the sensors S1514 and S2516 is described by the line integral of Equation 1 below, where J is the bias current density, B is the magnetic field, and dl is the unit vector of this line integral. .
Figure 2008227529

本発明は、磁化がホール・プレート520の領域上に均一でないときでさえ、フィルム510のエッジ部が上式に与えられると共に図9に示されたような経路に対して充分に整列保持されている限り、実質的なホール電圧が存在し得るということを利用している。実際の実施例(図10)において、ホール・プローブS1 514及びS2 516は有限の幅wsを有しており、この幅は1ミクロン程度に製作することができる。ホール効果は、z0の小さな値の場合と同等に、wsのより小さな値の場合により良好に動作することは、上記分析及び説明から明らかである。こうした場合、ホール電圧は磁界の平均値Bavを用いて近似させることができる(数式2)。

Figure 2008227529
The present invention provides that the edge of the film 510 is given above and is well aligned with the path as shown in FIG. 9 even when the magnetization is not uniform over the area of the Hall plate 520. As long as there is a substantial Hall voltage, it can be used. In the actual embodiment (FIG. 10), Hall probes S1 514 and S2 516 have a finite width ws, which can be fabricated to be on the order of 1 micron. It is clear from the above analysis and explanation that the Hall effect works better with smaller values of ws, as well as with smaller values of z0. In such a case, the Hall voltage can be approximated using the average value Bav of the magnetic field (Formula 2).
Figure 2008227529

Bavの値は、そうした平均値がより狭い幅ws上で取込まれたならば増大するので(そして、より完全な分析では、より狭い幅w上)、ホール電圧VHは寸法が減少された分より大きくなることが判る。言い換えれば、この素子は逆転した倍率を有し、その特性は寸法が減少されれば改良され、これは先行技術に係るホール素子を凌ぐ著しい改良である。   Since the value of Bav increases if such an average is taken over a narrower width ws (and in a more complete analysis, over a narrower width w), the Hall voltage VH is reduced by the size reduction. It turns out that it becomes bigger. In other words, this element has a reversed magnification and its characteristics are improved if the dimensions are reduced, which is a significant improvement over the prior art Hall element.

130nm厚のパーマロイ及びw=1μmの場合、1000Oeであると上記のように概算されるBavの値を用いれば、VHの値を幾つかの材料の場合に概算することができる。典型的なホール移動度μH≒0.9m−1sec−1を有するガリウム砒素の場合、VHの値は読み出しバイアス電圧当たりVH=0.067であると予測される。ホール移動度μH≒0.17m−1sec−1を有する低ドープn型シリコンの場合、VHの値は読み出しバイアス電圧当たりVH=0.013であると予測される。当業者であれば、これらの値は、強磁性体層510の厚みを増大すること、より大きな飽和磁化を有する強磁性材(例えば、鉄)を用いること、或いは、他の適切なパラメータを調整すること等によって、増大させることができることが理解されよう。 For 130 nm thick permalloy and w s = 1 μm, using the value of Bav estimated as above for 1000 Oe, the value of VH can be estimated for some materials. For gallium arsenide with a typical hole mobility μH≈0.9 m 2 V −1 sec −1 , the value of VH is expected to be VH = 0.067 per read bias voltage. For lightly doped n-type silicon with a hole mobility μH≈0.17 m 2 V −1 sec −1 , the value of VH is predicted to be VH = 0.013 per read bias voltage. Those skilled in the art will appreciate that these values increase the thickness of the ferromagnetic layer 510, use a ferromagnetic material with a greater saturation magnetization (eg, iron), or adjust other suitable parameters. It will be understood that this can be increased by doing so.

本発明の更なる変形においては、第二の強磁性フィルム510’(不図示)を上記第一のフィルム510とは反対のホール・プレート520の他方の側に付加させることができ、各フィルムのエッジ部をセンサS1及びS2の軸に沿って整列させる。そうした素子の製作は幾分複雑である一方、幾つかの環境においては望ましいかもしれない僅かに強力なフリンジ磁界を提供するという長所もある。   In a further variation of the invention, a second ferromagnetic film 510 ′ (not shown) can be added to the other side of the Hall plate 520 opposite the first film 510, with each film The edge is aligned along the axes of the sensors S1 and S2. While the fabrication of such elements is somewhat complicated, it also has the advantage of providing a slightly stronger fringing field that may be desirable in some environments.

上述したように、面内異方性を有する強磁性材は本発明のこうした前後関係からより好ましく、その理由は、より低い保持力を有する傾向があるからである。しかしながら、直交する異方性を有する材料は本発明の幾つかの応用例においては等しく有用であり、その理由は、保磁力が多くの環境において決定的なパラメートではないからである。これらの実施例において、強磁性フィルムは好ましくは小さく(センサS1及びS2の幅程度)、その配向はそれらセンサ間の経路に沿って一直線上とされる。他の形状及び構造は当業者であれば明らかであろう。   As described above, a ferromagnetic material having in-plane anisotropy is more preferable from this context of the present invention, because it tends to have a lower holding force. However, materials with orthogonal anisotropy are equally useful in some applications of the present invention because the coercivity is not a critical parameter in many environments. In these embodiments, the ferromagnetic film is preferably small (on the order of the width of sensors S1 and S2) and its orientation is aligned along the path between the sensors. Other shapes and structures will be apparent to those skilled in the art.

検知される電圧VHは、^Mが正のときに正の値となり、^Mが負のときに負の値(同一の大きさを有して)となるバイポーラ(双極性)である。出力は、S1514及びS2516との相対位置を僅かにオフセット(ずらす)ことによって、例えば0から2VHの範囲に及んでバイアスで上げたり下げたりすることができる。更には、バイポーラ出力が望ましくなければ、読み出しは522或いは524等の任意の好都合なターミナルを基準とする単一センサによって達成可能である。また、ターミナル522から524へ測定した抵抗変化として、感度の幾分かの損失を伴って達成可能である。   The detected voltage VH is a bipolar (bipolar) that has a positive value when ^ M is positive and a negative value (having the same magnitude) when ^ M is negative. The output can be raised or lowered with a bias, for example, in the range of 0 to 2 VH by slightly offsetting the relative position to S1514 and S2516. Furthermore, if a bipolar output is not desired, readout can be accomplished with a single sensor referenced to any convenient terminal, such as 522 or 524. Also, a resistance change measured from terminal 522 to 524 can be achieved with some loss of sensitivity.

外部磁場を集束すべく強磁性フィルムを取入れた前出のホール素子は[先に挙げたPopovi'cによる素子を参考にしている]は、垂直配置ホール・プレートの相対的に大きな領域上に均質な磁界を送り出すように設計され、強磁性構成要素をホール・プレートの中央領域から遠ざけるように意図的に配置させていた。磁界センサとしての感度を有するこの限定されたものは、その異常な垂直構造のために製造するには高価であり、記憶装置用として或いは論理応用分野で使用するに可能なような記憶効果を何等発揮しなかった。   The previous Hall element incorporating a ferromagnetic film to focus the external magnetic field [refers to the element by Popovi'c mentioned above] is homogeneous on a relatively large area of the vertically arranged Hall plate. Designed to deliver a strong magnetic field, the ferromagnetic components were intentionally placed away from the central region of the Hall plate. This limited one, with sensitivity as a magnetic field sensor, is expensive to manufacture due to its unusual vertical structure and does not have any memory effect that can be used for storage devices or for use in logic applications. Did not demonstrate.

本発明が利用するものは新しい洞察、即ち、ホール・センサ間の主に線積分路に沿って相当程度の大きさを有する著しいホール電圧が、同質ではなく、局部的な磁界に生じ得ることである。細いセンサ(及び細いホール・プレート)の製造が可能な従来のリソグラフィ術を利用することによって、本発明は相当により大きな感度を有する素子を作り出し[即ち、変換器として分析されるものであり、その素子は^xに沿っての外部磁界Hxを^zに沿っての局部磁界BZに変換し、比BZ/Hxを表わす利得は約250(或いはそれ以上)であり、これは先行技術に係る素子のそれよりも相当に大きい]、それをより効率的な磁界センサと為している。更には、メモリ要素用に適合する素子を作り出している。   What the present invention utilizes is that new insights, i.e., significant Hall voltages with significant magnitude mainly along the line integration path between Hall sensors, can occur in local magnetic fields, not homogeneous. is there. By utilizing conventional lithographic techniques that allow the manufacture of thin sensors (and thin Hall plates), the present invention creates elements with much greater sensitivity [i.e., is analyzed as a transducer, whose The element converts an external magnetic field Hx along ^ x into a local magnetic field BZ along ^ z, and the gain representing the ratio BZ / Hx is about 250 (or more), which is the element according to the prior art. It is much larger than that of], making it a more efficient magnetic field sensor. Furthermore, it creates a device that is compatible with memory elements.

先行技術に係る「磁界センサ」は大きな領域に亙って均質な磁界を提供するように設計された。変換器として分析されると、それは、約10の利得を伴って、^yに沿っての外部磁界Hyを^yに沿っての僅かにより大きな磁界Byに変換する。その素子は伸縮性(スケーラブル)を有せず、それ故に、集積された微細製作素子用として収縮不可能であった。これとは対照的に、本発明での利得(変換器として分析された場合)は、250或いはそれ以上、即ち、約25倍であり、逆の収縮性を有するので、微細製作及び集積応用例には理想的である。   Prior art “magnetic field sensors” were designed to provide a homogeneous magnetic field over a large area. When analyzed as a transducer, it converts the external magnetic field Hy along ^ y into a slightly larger magnetic field By along ^ y with a gain of about 10. The device was not stretchable and therefore could not shrink for an integrated microfabricated device. In contrast, the gain in the present invention (when analyzed as a transducer) is 250 or more, i.e. about 25 times, and has the opposite shrinkage, so that it can be used in microfabrication and integration applications. Ideal for.

Harbisonによって説明された先行技術に係る素子と比較すると、本発明はより大きな利得を有し、それ故に、より少ない消費電力で済むように相当により小さな振幅の書き込み電流を使用することができる。更に、それは、パーマロイ、鉄、並びにコバルト等の簡素で廉価な材料から製造可能であり、シリコン系の素子技術と互換性がある。   Compared to the prior art device described by Harbison, the present invention has a greater gain and therefore can use a much smaller amplitude write current so that less power is consumed. Furthermore, it can be manufactured from simple and inexpensive materials such as permalloy, iron and cobalt and is compatible with silicon-based device technology.

変形ホール効果素子は単一要素として単一要素メモリセル内に用いることができ、複数のセルから成るアレイは、図13に示されるように、不揮発性のランダム・アクセス・メモリとして製作可能である。適合するホール移動度を有する任意の材料、例えば、ビスマス、ガリウム砒素、或いはドープされたシリコンの薄いフィルム等がホール・プレート用に使用可能である。ビットをセル610内に書き込むには、正極性或いは負極性の書き込みパルスを検知導線514及び516に通すように送ることによって可能であり、それで強磁性フィルム510の磁化を正或いは負(例えば、「1」或いは「0」)に配向する。この実施例において、書き込み電流振幅は1mA(ミリアンペア)程度で可能である。   The modified Hall effect element can be used as a single element in a single element memory cell, and an array of cells can be fabricated as a non-volatile random access memory, as shown in FIG. . Any material with compatible hole mobility can be used for the hole plate, such as a thin film of bismuth, gallium arsenide, or doped silicon. Writing a bit into the cell 610 can be done by sending a positive or negative write pulse through the sensing leads 514 and 516, so that the magnetization of the ferromagnetic film 510 is positive or negative (eg, “ 1 ”or“ 0 ”). In this embodiment, the write current amplitude can be about 1 mA (milliampere).

記憶されたビットは不揮発性であり、リフレッシュする必要がない。後ほど、ターミナル612から614の間を電流或いは電圧でバイアスし、検知プローブ514及び516の間に生ずるホール電圧を検知することによって読み出すことができる。この実施例において、正電圧が「1」に対応し、負電圧が「0」に対応する。当業者にはご理解頂けるように、この読み出しプロセスは、導線514及び516でバイアスして、導線612及び614間の電圧を検知することによる等の、異なる導線の組合わせを用いることが可能である。唯一の配慮事項は、読み出し電流の大きさは書き込みの大きさよりより小さくすべきことであり、もしそうでなければ、ある種の使用にあたっては破壊的な読み出しの可能性があり、そのビットの再書き込みの必要性が出てくる。   The stored bits are non-volatile and do not need to be refreshed. Later, it can be read out by biasing between terminals 612 to 614 with current or voltage and detecting the Hall voltage generated between sensing probes 514 and 516. In this embodiment, the positive voltage corresponds to “1” and the negative voltage corresponds to “0”. As will be appreciated by those skilled in the art, this readout process can employ a combination of different conductors, such as by biasing conductors 514 and 516 and sensing the voltage between conductors 612 and 614. . The only consideration is that the magnitude of the read current should be less than the magnitude of the write, otherwise there is a possibility of destructive read for certain uses and the re-use of that bit. The need for writing comes out.

図13に示されたメモリは充分に積層された不揮発性であり、一般的にはセル当たり2μm×2μmの寸法であり、既に従来のDRAMの少なくとも2倍の記憶密度を呈する。更に、従来素子とは異なり、本発明での性質は、素子寸法が減少される程に、性能特性がより大きく改善されることを可能とするようなものである。よって、加工術及びリソグラフィ術が改良されれば、ここでの教示に従って構成された素子はサイズにおいて更に一層減少されることが期待される。   The memory shown in FIG. 13 is fully stacked non-volatile and is typically 2 μm × 2 μm in size per cell and already exhibits a storage density at least twice that of conventional DRAM. Furthermore, unlike conventional devices, the nature of the present invention is such that the performance characteristics can be greatly improved as the device dimensions are reduced. Thus, as processing and lithography techniques improve, it is expected that elements constructed according to the teachings herein will be further reduced in size.

図13に示されるアレイは特別簡素なセルを利用しており、簡単な構造を利用している。複数の書き込みラインから成る別個のアレイを、絶縁層によって素子の残りから分離した状態で図14に示されるように設けることもできる。この実施例は、書き込みプロセス中の検知ライン514及び516の高抵抗によって生ずる可能性のある電力損失を避けるため、低電力環境においてはより好ましい可能性がある。こうした構成において、幅が0.6から0.8ミクロン程度である書き込みライン導線616を通じて正極性或いは負極性の書き込みパルスを送ることによって、ビットをセル610に書き込むことができる。読み出し操作は上述したものと同一である。   The array shown in FIG. 13 uses specially simple cells and uses a simple structure. A separate array of write lines can also be provided as shown in FIG. 14 separated from the rest of the device by an insulating layer. This embodiment may be more preferred in low power environments to avoid power loss that can be caused by the high resistance of sense lines 514 and 516 during the write process. In such a configuration, a bit can be written into the cell 610 by sending a positive or negative write pulse through a write line conductor 616 having a width on the order of 0.6 to 0.8 microns. The read operation is the same as described above.

強磁性体ゲート型FET
ホール・プレートはFETの導電チャネルとして製作され、且つ、強磁性フィルムがそのチャネル・ゲート内或いはその近辺に取込まれると、その素子は強磁性体ゲート型FETとして動作する(以下に詳細に説明)。書き込み及び読み出し機能は変形ホール・プレートを用いた場合のように実行されるが、この場合、素子はゲート電圧によって決定される2つの追加的状態を有し、「オン」状態において、チャネルのコンダクタンスは高く、「オフ」状態において、そのコンダクタンスは無視し得る程に小さい。こうして、この強磁性体ゲート型FETは、通常、「オフ」状態の無限のインピーダンスによって複数素子から成るアレイから孤立させられている。記憶されたビットは、ゲートへ電圧パルスを送り、チャネルのコンダクタンスを上昇し、FETを「オン」状態へ設定し、それから、この素子上のホール・センサ・プローブを横切って生ずる電圧を検知することによって読み出される。
Ferromagnetic gate type FET
The Hall plate is fabricated as a conductive channel of the FET, and when the ferromagnetic film is incorporated into or near the channel gate, the device operates as a ferromagnetic gate FET (described in detail below). ). The write and read functions are performed as with a modified Hall plate, where the device has two additional states determined by the gate voltage, and in the “on” state, the channel conductance Is high and in the “off” state its conductance is negligibly small. Thus, the ferromagnetic gate FET is typically isolated from the multi-element array by an infinite impedance in the “off” state. The stored bit sends a voltage pulse to the gate, increasing the conductance of the channel, setting the FET to the “on” state, and then sensing the voltage that occurs across the Hall sensor probe on this element Read by.

図15の概略図は、ゲート型FET(例えば、エンハンスメント・モード素子)を表わし、その導電チャネルがホール・プレートとして機能し、該FETのゲート660における強磁性体層に電磁誘導的に結合された書き込みライン664を有している。電流(或いは電圧)バイアスがこのFETの(典型的には)ソース652からドレイン654へ提供され、2つの追加的なターミナル656及び658がホール電圧を検知するためにチャネル662に付加されている。   The schematic of FIG. 15 represents a gated FET (eg, an enhancement mode device) whose conductive channel functions as a hole plate and is electromagnetically coupled to a ferromagnetic layer at the gate 660 of the FET. A write line 664 is provided. A current (or voltage) bias is provided from the (typically) source 652 of this FET to the drain 654, and two additional terminals 656 and 658 are added to the channel 662 to sense the Hall voltage.

図18に見られるように、強磁性フィルム510をゲート660の一部として、或いは代替的に別個の層として、一体的に含ませることができる。このFETにおけるチャネル662のコンダクタンスは、ゲート660に印加される制御電圧VGによって決定され、コンダクタンスをゼロに接近させるか(「オフ」)、或いは、相対的に高くする(「オン」)ように制御する。書き込みライン664は強磁性フィルム510に隣接した状態で配置されているので、正の電流パルスIwをワイヤ664を通すように駆動することは正の^xに沿って^Mを配向させ(これ以降、「+」方向、或いは同等な「上方」と呼称する)、負の電流パルス−Iwをワイヤ664を通すように駆動することは負の^xに沿って^Mを配向させる(これ以降、「−」方向、或いは同等な「下方」と呼称する)。   As seen in FIG. 18, the ferromagnetic film 510 can be integrally included as part of the gate 660 or alternatively as a separate layer. The conductance of channel 662 in this FET is determined by the control voltage VG applied to gate 660 and is controlled to bring the conductance closer to zero ("off") or relatively high ("on"). To do. Since the write line 664 is located adjacent to the ferromagnetic film 510, driving the positive current pulse Iw through the wire 664 orients ^ M along the positive ^ x (hereinafter , In the “+” direction, or equivalently “upward”), driving the negative current pulse −Iw through the wire 664 orients ^ M along the negative ^ x (hereinafter "-" Direction or equivalent "downward").

メモリセルとしての本素子の使用を例示する好適実施例は図16に概略的に示されている。ドレイン654が電圧VDDによってバイアスされ、ソース652が接地されている。ホール検知ラインの一方(656)が接地され(例えば、別個に接地)、出力電圧Voutが(この接地に対して)他方のホール検知ライン658で測定される。もしフィルム510の磁化状態が+方向或いは上方(+^M)に配向されていれば、この2状態素子は正のデータ値(「1」)を記憶するものとして説明可能であり、同様にして、^Mが−方向或いは下方(−^M)に配向されていれば、記憶された状態は負のデータ値(「0」)である。   A preferred embodiment illustrating the use of the device as a memory cell is shown schematically in FIG. Drain 654 is biased by voltage VDD and source 652 is grounded. One of the hall detection lines (656) is grounded (eg, separately grounded) and the output voltage Vout is measured (with respect to this ground) at the other hall sensing line 658. If the magnetization state of the film 510 is oriented in the + direction or upward (+ ^ M), this two-state element can be described as storing a positive data value (“1”), and similarly , ^ M is oriented in the-direction or downward (-^ M), the stored state is a negative data value ("0").

データ値(ビット)の素子への書き込みは、上述した^Mの+或いは−の何れかへの配向のための書き込み動作と同じように、上方に被せられた書き込みライン664内の電流パルスからの磁界を用いることによって行われる[再度、図17及び図18を参照のこと]。記憶されたデータ・ビットは不揮発性であり、複数要素のアレイ形態となった他の要素から分離されており、その理由は、ゲート電圧が印加されない際の「オフ」状態における略ゼロのコンダクタンス(無限のインピーダンス)(例えば、エンハンスメント・モードのFET)と、適切な電圧がゲート660に印加された際の「オン」状態における高いコンダクタンスとの2つの設定可能な状態を、チャネル662のコンダクタンスをも有するからである。記憶されたビットの読み出しは、ゲート660に制御電圧パルス670を送り、チャネル662のコンダクタンスを上昇させ、そして、ドレインに電圧VDDでバイアスする一方で、FETを「オン」状態に設定することによって行われる。次いで、出力電圧Voutは素子内に記憶されたビットの値、即ち正或いは負のデータ値(「1」或いは「0」)の何れが存在するかを決定すべく検知可能である。   Writing data values (bits) to the element is from current pulses in the overlying write line 664, as in the write operation for orientation of ^ M to either + or-as described above. This is done by using a magnetic field [again, see FIGS. 17 and 18]. The stored data bits are non-volatile and separated from other elements in the form of a multi-element array because of the nearly zero conductance in the “off” state when no gate voltage is applied ( Infinite impedance) (eg, an enhancement mode FET) and a high conductance in the “on” state when the appropriate voltage is applied to the gate 660, the two settable states are the conductance of the channel 662 It is because it has. Reading the stored bit is accomplished by sending a control voltage pulse 670 to gate 660, increasing the conductance of channel 662, and biasing the drain with voltage VDD while setting the FET in the “on” state. Is called. The output voltage Vout can then be detected to determine whether there is a bit value stored in the element, ie, a positive or negative data value ("1" or "0").

強磁性体ゲート型FETの好適実施例の断面図が図18に示されており、強磁性体層510がエンハンスメント・モードのn型チャネルFET内に取込まれている。典型的なMOSFET構造におけるソース652からドレイン654までのチャネル662の長さは1ミクロン程度である。薄い絶縁体680はゲート660をチャネル662から分離している。上述したように、強磁性体層510はゲートの一部として取入れ可能、或いは分離した状態で製作可能である。ホール・センサ・プローブ656及び658は、典型的なソース652及びドレイン654の製作用のものと同様なプロセスによるドープされたシリコンを用いて、チャネル662の縁部に製作することができる。これらプローブのチャネル662の長さ方向に沿った位置yは、最大信号用に最適化させることが可能である。   A cross-sectional view of a preferred embodiment of a ferromagnetic gate FET is shown in FIG. 18, with the ferromagnetic layer 510 incorporated into an enhancement mode n-channel FET. The length of channel 662 from source 652 to drain 654 in a typical MOSFET structure is on the order of 1 micron. A thin insulator 680 separates the gate 660 from the channel 662. As described above, the ferromagnetic layer 510 can be incorporated as part of the gate or can be fabricated in a separate state. Hall sensor probes 656 and 658 can be fabricated at the edge of channel 662 using doped silicon by a process similar to that of typical source 652 and drain 654 operations. The position y along the length of the channel 662 of these probes can be optimized for maximum signal.

書き込みライン664(或いは、もし1つのアレイとして用いられるのであれば、複数本の書き込みライン)は、この素子から薄い絶縁層682によって電気的に絶縁されている。この状態は、書き込みライン664、絶縁層682、ゲート660、強磁性体層510、並びに導電チャネル662上方の絶縁層680に関しての分解図(図17)において示されている。例えば、書き込み電流用の導電路がゲート660の全て或いは一部を横切るような代替的な形状や配置関係は、当業者には明らかであろう。   Write line 664 (or multiple write lines if used as an array) is electrically isolated from this element by a thin insulating layer 682. This state is shown in an exploded view (FIG. 17) for the write line 664, the insulating layer 682, the gate 660, the ferromagnetic layer 510, and the insulating layer 680 over the conductive channel 662. For example, alternative shapes and placement relationships will be apparent to those skilled in the art such that the conductive path for the write current traverses all or part of the gate 660.

典型的なMOSFETは、μH≒0.06m−1sec−1のホール移動度を有するので、上記実施例における読み出し電圧の大きさは、約VH=0.02Vである(VG=10V及びVT=0.55Vの際)。結果としての信号雑音比(S/N比)は、DRAMや競合する不揮発性メモリ技術のそれより優れている。 Since a typical MOSFET has a Hall mobility of μH≈0.06 m 2 V −1 sec −1 , the magnitude of the read voltage in the above example is about VH = 0.02 V (VG = 10 V and When VT = 0.55V). The resulting signal to noise ratio (S / N ratio) is superior to that of DRAM and competing non-volatile memory technologies.

この素子は、例えば記憶ヘッド内における等の、磁界センサとしても使用可能である。留意することは、読み出し電圧が、強磁性体の種類や厚み等のパラメータを変更することによって増大可能であることである。例えば、鉄フィルムはパーマロイの飽和磁化の約2倍であり、パーマロイの代りに鉄を用いることで読み出し電圧が倍増される。   This element can also be used as a magnetic field sensor, for example in a storage head. It should be noted that the read voltage can be increased by changing parameters such as the type and thickness of the ferromagnetic material. For example, an iron film has about twice the saturation magnetization of permalloy, and the read voltage is doubled by using iron instead of permalloy.

多数の強磁性体ゲート型FETメモリセルを図19に示されるような1つのアレイを形成するように製造することができる。各要素は、もしそれがアドレス指定されていなければ、アレイから電気的に絶縁されており、該アレイ内の全ての要素は同一の検知回路700を共有している。ビットの要素710への書き込みは、適切な書き込みパルスを書き込みライン664に通じるように送ることによって行われる。そのビットの読み出しは、電圧パルスVGをゲート660へ送る一方、バイアスVDD712を印加することによって行われる。要素710だけからのホール電圧が検知ライン656及び658を横切るように生じて、読み出しのために検知回路700へ伝達される。   A number of ferromagnetic gate FET memory cells can be fabricated to form an array as shown in FIG. Each element is electrically isolated from the array if it is not addressed, and all elements in the array share the same sensing circuit 700. Writing to the bit element 710 is done by sending an appropriate write pulse through the write line 664. The bit is read by sending a voltage pulse VG to gate 660 while applying a bias VDD 712. Hall voltage from element 710 alone occurs across sensing lines 656 and 658 and is transmitted to sensing circuit 700 for readout.

この横方向のホール電圧VHを生ずるローレンツ力もまた、チャネルの抵抗Rxxに対する影響を有しており、該Rxxはソースからドレインへの電流の流れ方向に沿って測定され、磁気抵抗と呼称される。磁化+/−^Mの2つの状態による、抵抗差δRxxは、ホール抵抗Rxyよりも小さい(ここで、Rxyは、VH=I・Rxyの関係によって定義される)。こうして、素子の状態は磁気抵抗の効果を用いることによっても同様に検知可能である一方、ホール電圧の読み出しはこの素子状態のより鋭敏な決定を提供する。当業界に精通している人々には明らかであることは、ホール抵抗Rxyを検知するに2つのセンサを用いることは好ましいかもしれないが、必須ではないことである。単一のセンサを、例えば、任意の接地と共に用いることが可能である。   The Lorentz force that produces this lateral Hall voltage VH also has an effect on the channel resistance Rxx, which is measured along the direction of current flow from source to drain and is referred to as magnetoresistance. The resistance difference δRxx due to the two states of magnetization + / − ^ M is smaller than the Hall resistance Rxy (where Rxy is defined by the relationship VH = I · Rxy). Thus, the state of the element can be similarly detected by using the magnetoresistive effect, while reading the Hall voltage provides a more sensitive determination of this element state. It is clear to those familiar with the industry that although it may be preferable to use two sensors to detect the Hall resistance Rxy, it is not essential. A single sensor can be used with any ground, for example.

強磁性体ゲート型ホール・プレートは、そのメモリセルが単一要素を有しているので記憶密度がより大きいため、DRAMよりも進歩したものである。また、優れたS/N比を有すると共に、不揮発性メモリであるので、そのアレイは実質的により少ない電力で済む。強磁性ゲート型ホール・プレートは、そのセルがよい簡素であり、記憶密度がより大きく、S/N比が優れ、アレイとの絶縁がより効率的であるので、他の不揮発性技術のものを凌ぐ改良型である。強磁性体ゲート型ホール・プレートは、DRAMと同一の構造構成を共有すると共に、アレイからの絶縁が優れているため、変形ホール・プレートとは異なる。   Ferromagnetic gated hole plates are an advancement over DRAM because their memory cells have a single element and thus have a higher storage density. Also, since it has an excellent S / N ratio and is a non-volatile memory, the array requires substantially less power. Ferromagnetic gate-type hole plates are simpler, better in storage density, better in signal-to-noise ratio, and more efficient in isolation from the array, so that other non-volatile technologies are used. It is an improved type that surpasses. The ferromagnetic gate hole plate is different from the deformed hole plate because it shares the same structure as the DRAM and has excellent insulation from the array.

論理ゲートとしての強磁性体ゲート型FET
ブール論理処理もまたこの強磁性体ゲート型FETを用いて実行可能である。例えば、2つの論理データ値を有する論理入力は、データ・ワイヤ上の2つの異なる電流レベルによって表わすことができる。この論理入力(「1」或いは「0」に対応する特定の電流レベルを有する)は、第二の論理入力(また、「1」或いは「0」の何れかに対応する特定の電流レベルを有する)と組合わせることができ、次いでこれら入力の電流レベルの組合わせ合計をFETの強磁性体層と磁気的に結合された書き込みラインに付与させることができる。これら論理入力の合計は書き込みラインにおける書き込み電流パルスを構成し、対応する磁界は強磁性体層の磁化状態^Mに対して電磁誘導的に作用する。強磁性体層の配向^Mの状態、そしてそれ故の入力の特定の組合わせに応じて、書き込み電流パルスの磁界はこの磁化を変えることができ、従って強磁性体層内の新たな磁化配向の形態として論理演算の結果を「記憶」する。また、本発明の説明に必須ではないが、磁気スピン・トランジスタのブール論理処理に関連して使用可能な構造及び回路に関する更なる詳細は、前述した米国出願連番第08/425,884号及び第08/493,815号に見出すことができる。
Ferromagnetic gate type FET as logic gate
Boolean logic processing can also be performed using this ferromagnetic gate type FET. For example, a logical input having two logical data values can be represented by two different current levels on the data wire. This logic input (having a specific current level corresponding to “1” or “0”) has a specific current level corresponding to either the second logic input (also “1” or “0”). ), And then the combined sum of the current levels of these inputs can be applied to a write line that is magnetically coupled to the ferromagnetic layer of the FET. The sum of these logic inputs constitutes a write current pulse in the write line, and the corresponding magnetic field acts electromagnetically on the magnetization state ^ M of the ferromagnetic layer. Depending on the state of the ferromagnetic layer orientation ^ M, and hence the particular combination of inputs, the magnetic field of the write current pulse can change this magnetization, and thus a new magnetization orientation in the ferromagnetic layer. The result of the logical operation is “stored” as a form of Also, although not essential to the description of the present invention, further details regarding structures and circuits that can be used in connection with Boolean logic processing of magnetic spin transistors can be found in U.S. Application Serial Nos. 08 / 425,884 and 08 described above. / 493,815.

当業者にはご理解頂けるように、本発明の原理はn入力型論理ANDゲート又は同等な論理プロセッサを作り出すべく拡張させることができる。例えば、論理処理装置を、FETドレインの磁化状態にn個の配向容易軸が与えられて、n個全ての入力が高電流レベルとなったときだけその磁化状態が変更され得るように設定すべく実装させることができ、そうしてFET強磁性体層の配向を変化させる充分高い磁界を発生するようにする。他のブール処理に適合する他の構成は当業者であれば容易に理解されるであろう。   As will be appreciated by those skilled in the art, the principles of the present invention can be extended to create n-input logic AND gates or equivalent logic processors. For example, to set the logic processor so that the magnetization state of the FET drain can be changed only when n easy axes are provided and all n inputs are at a high current level. It can be implemented to generate a sufficiently high magnetic field that changes the orientation of the FET ferromagnetic layer. Other configurations that are compatible with other Boolean operations will be readily apparent to those skilled in the art.

一般的なn゜状態素子(或いはここでの議論における2ー状態素子)の結果は、ブール関数データ値として自動的に記憶され、任意時に読み出し可能である。この様にして、強磁性体ゲート型FETはメモリ能力を有した論理ゲートとして機能することができる。もし読み出し操作がその結果(「0」或いは「1」、ハイ或いはロー)を他の操作のために他のゲートへ伝達させることが可能であれば、これらゲートは相互に連係して組合わせタスクのディジタル処理を実行することができる。適切な読み出し技術の一例は、図20に表わされている。読み出し回路750は出力をCMOSレベル(ハイ或いはロー)まで増幅するために、それをCMOS(或いは,TTL等の適切な回路用)論理に統合させることができる。代替的には、出力は他の強磁性体ゲートFETの書き込みラインへ送出させることができる。図20の例は、n型チャネルのエンハンスメント・モード強磁性体ゲート型FETの場合に当てはめている。強磁性体ゲート型FET760は、「オン」状態において2つのホール電圧+/−VHを有する。典型的なMOSFET素子において、VHは、電圧VDD=15ボルトでバイアスされた際、値VH=+/−0.5ボルトを一般に有し得る。読み出し回路750において、FET Q1772はn型チャネルのエンハンスメント・モードFETであり、その本体は接地されてバイアスされている(V1=0)。FET Q2774はp型チャネルのエンハンスメント・モードFETであり、その本体は接地でバイアスされている(V2=0)。より一般的には、FETQ1772及びQ2774の本体は可変電圧V1及びV2でバイアスさせることができる。n個の別個の磁化状態を具備する強磁性体層が使用される一般的な場合、読み出し可能なn個の可能性のある電圧状態がある。FETQ1772及びQ2774の本体の適切な電圧値でのバイアスは、n個状態型の強磁性体ゲート型FETのn個の可能性あるデータ値の識別が可能である。   The result of a typical n ° state element (or the two state element in this discussion) is automatically stored as a Boolean function data value and can be read at any time. In this way, the ferromagnetic gate type FET can function as a logic gate having a memory capability. If the read operation can transmit the result (“0” or “1”, high or low) to other gates for other operations, these gates are linked to each other in combination tasks. Digital processing can be performed. An example of a suitable read technique is illustrated in FIG. The readout circuit 750 can integrate it into CMOS (or for appropriate circuitry such as TTL) logic to amplify the output to the CMOS level (high or low). Alternatively, the output can be sent to the write line of another ferromagnetic gate FET. The example of FIG. 20 is applied to the case of an n-type channel enhancement mode ferromagnetic gate type FET. The ferromagnetic gate FET 760 has two Hall voltages +/− VH in the “on” state. In a typical MOSFET device, VH may generally have the value VH = + / − 0.5 volts when biased with a voltage VDD = 15 volts. In the readout circuit 750, the FET Q1772 is an n-type channel enhancement mode FET, and its body is grounded and biased (V1 = 0). The FET Q2774 is a p-type channel enhancement mode FET whose body is biased at ground (V2 = 0). More generally, the bodies of FETs Q1777 and Q2774 can be biased with variable voltages V1 and V2. In the general case where a ferromagnetic layer with n distinct magnetization states is used, there are n possible voltage states that can be read. Biasing the body of FETs Q1772 and Q2774 with the appropriate voltage values can identify the n possible data values of the n-state ferromagnetic gate FET.

図20のバイナリの場合、VHがハイ(0.5ボルト)のとき、Q1772は「オン」となり、Q2774は「オフ」となり、出力は制限されたハイ(VDD)となる。VHがロー(−0.5ボルト)のとき、Q1772は「オフ」となり、Q2774は「オン」となり、出力は制限されたロー(接地)となる。読み出しの結果として、出力電圧値はCMOSレベル(VDD及び接地)にリセットされる。図20の各要素を単一ゲートとして取り扱うと、構成要素の数は3であり、典型的なCMOSゲートのサイズのたった半分であり、論理ゲートの記憶密度は増大され得る。結果を記憶するために追加的なメモリ要素が何等要求されないので、記憶密度の付加的な増大が達成可能である。更には、単一の読み出しセルを幾つかの強磁性体ゲート型FETと関連させることが可能である。その後者の各々はプログラムされたブール処理を実行でき、その結果は記憶され、要望に応じて、任意のシーケンスで呼出し可能である。図20に示された読み出し回路は幾つかの可能性ある回路の内のほんの一例である。   In the binary case of FIG. 20, when VH is high (0.5 volts), Q1772 is “on”, Q2774 is “off”, and the output is limited high (VDD). When VH is low (-0.5 volts), Q1772 is "off", Q2774 is "on", and the output is limited to low (ground). As a result of reading, the output voltage value is reset to the CMOS level (VDD and ground). Treating each element in FIG. 20 as a single gate, the number of components is three, only half the size of a typical CMOS gate, and the logic gate storage density can be increased. Since no additional memory elements are required to store the results, an additional increase in storage density can be achieved. Furthermore, a single readout cell can be associated with several ferromagnetic gate FETs. Each of the latter can perform a programmed Boolean operation, the results of which are stored and can be recalled in any sequence as desired. The readout circuit shown in FIG. 20 is just one example of several possible circuits.

本発明は好適実施例の観点から記載されたが、本発明の教示から逸脱することなく、数多くの変更及び修正をそうした実施例に為し得ることが当業者にはご理解頂けよう。例えば、ここでは図示されず且つ議論されずであるものの、半導体メモリ・アレイに共通して関連される追加的な周辺的及び支援的な回路(デコーダ、バッファ、ラッチ、等化、プレチャージ等々)が本発明用に容易に適合され得ることが当業者には明らかであろう。更に、好適実施例はエンハンスメント・モードFETをもって示される一方、他の能動的素子(空乏モード、p型チャネル等々)が、本発明の教示を含むべく公知の技術を用いて製造可能である。   Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that numerous changes and modifications can be made to such embodiments without departing from the teachings of the present invention. For example, additional peripheral and supportive circuits (decoders, buffers, latches, equalization, precharges, etc.) that are not shown and discussed here but are commonly associated with semiconductor memory arrays It will be apparent to those skilled in the art that can be easily adapted for the present invention. Furthermore, while the preferred embodiment is shown with enhancement mode FETs, other active devices (depletion mode, p-channel, etc.) can be fabricated using known techniques to include the teachings of the present invention.

更には、軽くドープされたソース/ドレイン、垂直配列等々を含む他の適合するFET配向及び形状が本発明によって使用可能である。   In addition, other suitable FET orientations and shapes can be used with the present invention, including lightly doped source / drains, vertical alignments, etc.

また、素子を積層状態で、即ち多重的レベル構成で本発明のメモリセル或いは論理ゲートを有する等の積層状態で構築可能であることが当業者には明らかであろう。こうしたことは、単に、適切な従来の相互接続回路及び周辺支援回路を伴って、そうした多レベルの間に受動的素子或いは同様絶縁層を追加することによって達成可能である。従って、このようにして構成された素子は先行技術を凌ぐより著しい統合性の長所を有することができる。   It will also be apparent to those skilled in the art that the elements can be constructed in a stacked state, that is, in a stacked state such as having the memory cells or logic gates of the present invention in a multilevel configuration. This can be accomplished simply by adding passive elements or similar insulating layers between such multiple levels, with appropriate conventional interconnect circuitry and peripheral support circuitry. Thus, devices constructed in this way can have significant integration advantages over the prior art.

従って、全てのそうした変更や等価的な修正は、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲及び精神の内に含まれるように意図されている。   Accordingly, all such changes and equivalent modifications are intended to be included within the scope and spirit of the invention as defined by the appended claims.

図1は、スピン偏極電子を用いている先行技術に係る「スピン・インジェクション」トランジスタの概略上面図である。FIG. 1 is a schematic top view of a prior art “spin injection” transistor using spin-polarized electrons. 図2は、強磁性フィルム及び磁気トランジスタを用いている先行技術に係る磁界センサの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a magnetic field sensor according to the prior art using a ferromagnetic film and a magnetic transistor. 磁気トランジスタの電流担持領域における磁界分布を示す、図2の素子の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the element of FIG. 2 showing the magnetic field distribution in the current carrying region of the magnetic transistor. 半導体基板と、フィルム面に対して垂直方向に磁気的異方性を有する強磁性フィルムとを用いている先行技術に係るメモリセルの概略構成図及び断面図である。It is a schematic block diagram and a cross-sectional view of a memory cell according to the prior art using a semiconductor substrate and a ferromagnetic film having magnetic anisotropy in a direction perpendicular to the film surface. 従来の半導体電界効果トランジスタ(FET)を含む論理ANDゲート・セルの回路図及びそれに付随する真理表である。1 is a circuit diagram of a logical AND gate cell including a conventional semiconductor field effect transistor (FET) and an accompanying truth table. 本発明に教示に従って構成された変形ホール・プレートの概略上面図であり、その一般構造をその中に確認している。FIG. 2 is a schematic top view of a modified Hall plate constructed in accordance with the teachings of the present invention, confirming the general structure therein; 従来のホール・プレートの斜視図である。It is a perspective view of the conventional hole plate. 従来のホール・プレートの斜視図である。It is a perspective view of the conventional hole plate. 図6に示された変形ホール・プレートの斜視図であり、強磁性体層、ホール・プレート、並びにこの素子に生ずる磁界の間における空間的な関係を示す。FIG. 7 is a perspective view of the modified Hall plate shown in FIG. 6 showing the spatial relationship between the ferromagnetic layer, the Hall plate, and the magnetic field generated in the element. 図6に示された変形ホール・プレートの更なる上面図である。FIG. 7 is a further top view of the modified Hall plate shown in FIG. 6. 一律の縮尺に従わずに描かれた上記のものと同一の変形ホール・プレートの更なる断面図であり、この素子に使用された強磁性体層が、この層の磁化が^xに沿って正方向に配向されたときにこの層の端部に生ずる磁界と共に図示されている。FIG. 5 is a further cross-sectional view of the same deformed Hall plate as described above, drawn to scale, where the ferromagnetic layer used in the element has a magnetization of this layer along ^ x It is shown with the magnetic field generated at the end of this layer when oriented in the positive direction. 図11に示された磁界Bの直交方向成分BZの大きさの分布の典型的な概略図である。FIG. 12 is a typical schematic diagram of a distribution of magnitudes of orthogonal direction components BZ of the magnetic field B shown in FIG. 11. 本発明の更なる実施例の上面図であり、単一メモリセルとして動作する変形ホール効果素子を有するメモリ・アレイを含み、それらセルへの書き込みがホール・プレートの検知導線を用いて実行されている。FIG. 6 is a top view of a further embodiment of the present invention, including a memory array having modified Hall effect elements operating as a single memory cell, wherein writing to the cells is performed using Hall plate sensing leads. Yes. 本発明の更なる実施例の上面図であり、単一メモリセルとして動作する変形ホール効果素子を有するメモリ・アレイを含み、それらセルへの書き込みが追加的な書き込み導線を用いて実行されている。FIG. 6 is a top view of a further embodiment of the present invention, including a memory array having modified Hall effect elements operating as a single memory cell, wherein writing to the cells is performed using additional write conductors. . 本発明の更なる実施例の概略断面図であり、従来のFETが組込まれた変形ホール・プレートを含む強磁性体ゲート型FETを含む。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the present invention, including a ferromagnetic gate FET including a modified Hall plate incorporating a conventional FET. 本発明の更なる実施例の概略断面図であり、メモリセルとして動作する強磁性体ゲート型FETと、このセルにビットを書込むための電磁誘導的に結合された書き込みラインとを含む。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a further embodiment of the present invention, including a ferromagnetic gate FET operating as a memory cell and an electromagnetically coupled write line for writing a bit to the cell. 強磁性体ゲート型FETのゲート内に或いはその近くに取入れられた強磁性体層に電磁誘導的に結合するために用いられた書き込みラインの分解図である。FIG. 4 is an exploded view of a write line used to electromagnetically couple to a ferromagnetic layer incorporated in or near a gate of a ferromagnetic gate FET. 本発明の強磁性体ゲート型FETの1つの好ましい実装の斜視図である。1 is a perspective view of one preferred implementation of a ferromagnetic gate FET of the present invention. FIG. 本発明の更なる実施例の概略図であり、多数の強磁性体ゲート型FETがメモリセルとして使用され、単一セル内に記憶されたデータ・ビットの読み出し用の検知回路と組合わせられたメモリ・アレイを形成するように配列されている。FIG. 4 is a schematic diagram of a further embodiment of the present invention in which multiple ferromagnetic gated FETs are used as memory cells and combined with a sensing circuit for reading data bits stored in a single cell. Arranged to form a memory array. 本発明の更なる実施例の概略構成図であり、論理ゲートとして使用されている強磁性体ゲート型FETと、それと共に使用可能な読み出し回路とを含む。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a further embodiment of the present invention, including a ferromagnetic gate type FET used as a logic gate and a readout circuit usable together therewith.

符号の説明Explanation of symbols

510 強磁性体層(フィルム)
520 変形ホール・プレート
514,516 検知ターミナル
522,524 バイアス・ターミナル
B フリンジ磁界
H (書き込み)磁界
510 Ferromagnetic layer (film)
520 Deformed Hall plate 514,516 Detection terminal 522,524 Bias terminal B Fringe field H (Write) field

Claims (75)

導電性フィルム層と、
制御可能な磁化配向を有すると共に、前記導電性フィルムの上面の第一の部分を覆うが第二の部分を覆っていない強磁性体層であり、当該強磁性体層のエッジ部によって前記導電性フィルムの上面に対して略垂直なフリンジ磁界を発生させる強磁性体層とを備え、
電気信号が、前記導電性フィルム層内の電流に作用する前記フリンジ磁界に応答して生じ得ることから成る改良されたホール効果素子。
A conductive film layer;
A ferromagnetic layer having a controllable magnetization orientation and covering a first portion of the upper surface of the conductive film but not a second portion, and the conductive layer is formed by an edge portion of the ferromagnetic layer. A ferromagnetic layer that generates a fringe magnetic field substantially perpendicular to the upper surface of the film,
An improved Hall effect element, wherein an electrical signal can be generated in response to the fringing magnetic field acting on a current in the conductive film layer.
前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを備え、前記電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサを通る軸線に沿って生ずる電圧である請求項1に記載のホール効果素子。   A first sensor coupled to the first edge of the conductive film layer and a second sensor coupled to the second edge of the conductive film layer opposite the first edge. The Hall effect element according to claim 1, wherein the electrical signal is a voltage generated substantially along an axis passing through the first sensor and the second sensor. 前記導電性フィルム層と、前記強磁性体層とは絶縁層によって分離されている請求項1に記載のホール効果素子。   The Hall effect element according to claim 1, wherein the conductive film layer and the ferromagnetic layer are separated by an insulating layer. 前記電流が、前記導電性フィルム層の第三のエッジ部に結合された第一バイアス・ターミナルと、前記第三のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第四のエッジ部に結合された第二バイアス・ターミナルとの間を流れる請求項1に記載のホール効果素子。   The current is applied to a first bias terminal coupled to a third edge of the conductive film layer and to a fourth edge of the conductive film layer opposite to the third edge. 2. A Hall effect element according to claim 1, wherein the Hall effect element flows between the coupled second bias terminals. 前記強磁性体層における磁化配向を構成するための書き込みラインを更に備える請求項1に記載のホール効果素子。   The Hall effect element according to claim 1, further comprising a write line for constituting a magnetization orientation in the ferromagnetic layer. 前記強磁性体層が、磁気的に記憶されたデータによって生ずる磁界に結合されており、発生した前記電気信号が前記データの値に関連されており、前記素子が磁界センサとして動作する請求項1に記載のホール効果素子。   2. The ferromagnetic layer is coupled to a magnetic field generated by magnetically stored data, the generated electrical signal is related to the value of the data, and the element operates as a magnetic field sensor. Hall effect element described in 1. 前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサをつなぐ前記軸に略直交する容易磁化軸を有する請求項2に記載のホール効果素子。   The Hall effect element according to claim 2, wherein the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis that is substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis that connects the first and second sensors. 導電性フィルム層と、
記憶するデータ項目の異なる二つの値に対応して少なくとも二つの制御可能で安定な磁化配向を有し、前記導電性フィルム層の上面の一部を、二つの状態を有するとともに前記導電性フィルの上面に対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生する強磁性体層とによって構成され、
前記導電性フィルム層に流れる電流に作用するフリンジ磁界の状態に応じて、前記データ項目の異なる二つの値に対応する二つの異なる電気信号を発生するようにしたことを特徴とするメモリ装置。
A conductive film layer;
Corresponding to two different values of data items to be stored, at least two controllable and stable magnetization orientations, a part of the upper surface of the conductive film layer having two states and the conductive film A ferromagnetic layer that generates a fringing magnetic field substantially normal to the top surface by the edge portion,
2. A memory device according to claim 1, wherein two different electrical signals corresponding to two different values of the data item are generated in accordance with a state of a fringe magnetic field acting on a current flowing through the conductive film layer.
前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧である請求項8に記載のメモリ装置。   A first sensor coupled to the first edge of the conductive film layer and a second sensor coupled to the second edge of the conductive film layer opposite the first edge. 9. The memory device of claim 8, wherein the two different electrical signals are voltages that occur approximately along an axis through the first sensor and the second sensor. 前記二つの異なる電気信号は、前記データ項目の異なる二つの値の第一の値が前記メモリ装置に記憶されている場合に発生される第一の電圧出力信号と、前記データ項目の異なる二つの値の第二の値が前記メモリ装置に記憶されている場合に発生される第二の電圧出力信号で構成される請求項9に記載のメモリ装置。   The two different electrical signals include a first voltage output signal generated when a first value of two different values of the data item is stored in the memory device, and two different electrical signals of the data item. 10. The memory device according to claim 9, comprising a second voltage output signal generated when a second value is stored in the memory device. 前記メモリ装置の二つの電気信号を基準値と比較して、メモリ装置に記憶されたデータ項目の値を判定する検出回路を有している請求項10に記載のメモリ装置。   The memory device according to claim 10, further comprising a detection circuit that compares two electrical signals of the memory device with a reference value to determine a value of a data item stored in the memory device. 前記電流は、導電性フィルム層の第三のエッジ部に結合された第一のバイアス端子と、前記第三のエッジ部に対向する第四のエッジ部に結合された第二のバイアス端子の間に流れる読み出し電流である請求項8に記載のメモリ装置。   The current is between a first bias terminal coupled to a third edge of the conductive film layer and a second bias terminal coupled to a fourth edge opposite the third edge. The memory device according to claim 8, wherein the read current flows through the memory device. 前記強磁性体層内の二つの制御可能な磁化配向状態を規定する配線を有している請求項8に記載のメモリ装置。   The memory device according to claim 8, further comprising a wiring defining two controllable magnetization orientation states in the ferromagnetic layer. 前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する、請求項2に記載のメモリ装置。   The memory device according to claim 2, wherein the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis passing through the first and second sensors. 前記強磁性体層の磁化配向は、
(i)第一の振幅の書き込み電流に応じて第一の状態となるとともに、第一の書き込む磁界に関連づけられ、
(ii)第二の振幅の書き込み電流に応じて第二の状態となるとともに、第二の書き込む磁界に関連づけられる請求項8に記載のメモリ装置。
The magnetization orientation of the ferromagnetic layer is
(I) The first state is set according to the write current having the first amplitude, and the first state is related to the magnetic field;
The memory device according to claim 8, wherein (ii) the second state is set in accordance with a write current having a second amplitude and the second write magnetic field is associated with the second state.
前記強磁性体層の磁化配向、前記強磁性体層に他方の状態が設定されるまで、一方の状態に保持される請求項15に記載のメモリ装置。   The memory device according to claim 15, wherein the magnetic orientation of the ferromagnetic layer is maintained in one state until the other state is set in the ferromagnetic layer. 複数のメモリ装置が結合され、メモリ配列を構成する請求項8に記載のメモリ装置。   The memory device according to claim 8, wherein a plurality of memory devices are combined to form a memory array. 強磁性体層は、130nmの層厚を持った鉄、コバルトまたはパーマロイの薄膜であり、前記導電性フィルム層は、1ミクロン幅のガリウム−砒素プレートであり、二つの層は層厚50nmの酸化物絶縁層により分離されている請求項8に記載のメモリ装置。   The ferromagnetic layer is a thin film of iron, cobalt or permalloy having a layer thickness of 130 nm, the conductive film layer is a 1 micron wide gallium-arsenide plate, and the two layers are oxidized with a thickness of 50 nm. The memory device according to claim 8, wherein the memory device is separated by a physical insulating layer. 一乃至複数の入力信号と出力信号の結合に関連する論理機能の行うための論理装置であって、
導電性フィルム層と、
記憶するデータ項目の異なる二つの値に対応して少なくとも二つの制御可能で安定な磁化配向を有し、前記導電性フィルム層の上面の一部を、二つの状態を有しするとともに前記導電性フィルの上面に対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生する強磁性体層と、及び
前記強磁性体層と、導線上の第一及び第二の電流値の一方の電流値を持つ入力データ信号によって発生される磁界と誘電的に結合する書き込み線とによって構成され、
フリンジ磁界に採用する導電性フィルム層に流れる電流に応じて電気出力信号が発生され、該電気出力信号が、前記入力データ信号及び前記倫理機能に関連している論理装置。
A logic device for performing a logic function related to the combination of one or more input signals and output signals,
A conductive film layer;
There are at least two controllable and stable magnetization orientations corresponding to two different values of data items to be stored, and a part of the upper surface of the conductive film layer has two states and the conductivity A ferromagnetic layer that generates a fringing magnetic field in a substantially normal direction with respect to the upper surface of the fill by an edge portion; and one of the first and second current values on the ferromagnetic layer and the conductor. It consists of a magnetic field generated by an input data signal and a write line that is dielectrically coupled,
A logic device in which an electrical output signal is generated in response to a current flowing in a conductive film layer employed for a fringe magnetic field, and the electrical output signal is related to the input data signal and the ethical function.
前記電気出力信号は、強磁性体層の磁化配向の状態が、前記論理機能に関連した前記入力データ信号の第一の組み合わせに対応する磁界により反転された時に第一の値を有し、強磁性体層の磁化配向の状態が、前記論理機能に関連した前記入力データ信号の第二の組み合わせに対応する磁界により反転されない時に第二の値を有している請求項19に記載の論理装置。   The electrical output signal has a first value when the state of magnetization orientation of the ferromagnetic layer is inverted by a magnetic field corresponding to a first combination of the input data signals associated with the logic function, and has a strong value. 20. The logic device of claim 19, wherein the state of magnetization orientation of the magnetic layer has a second value when not reversed by a magnetic field corresponding to the second combination of input data signals associated with the logic function. . 前記強磁性体の磁化配向は、前記論理装置において実行される論理機能の結果に対応しており、この結果は、後続の入力信号の組み合わせによって磁化配向状態が反転される間で、論理装置内に記憶される請求項19に記載の論理装置。   The magnetization orientation of the ferromagnet corresponds to the result of a logic function performed in the logic device, which results in the logic device while the magnetization orientation state is reversed by a combination of subsequent input signals. 20. The logic device of claim 19 stored in 強磁性体層の磁化状態は、前記論理装置によって実行される論理機能に基づいて初期状態に設定される請求項21に記載の論理装置。   The logic device of claim 21, wherein the magnetization state of the ferromagnetic layer is set to an initial state based on a logic function performed by the logic device. 前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧である請求項22に記載の論理装置。   A first sensor coupled to the first edge of the conductive film layer and a second sensor coupled to the second edge of the conductive film layer opposite the first edge. 23. The logic device of claim 22, wherein the two different electrical signals are voltages that occur approximately along an axis through the first sensor and the second sensor. 前記メモリ装置の二つの電気信号を基準値と比較して、メモリ装置に記憶されたデータ項目の値を判定する検出回路を有している請求項21に記載の論理装置。   24. The logic device according to claim 21, further comprising a detection circuit that compares two electrical signals of the memory device with a reference value to determine a value of a data item stored in the memory device. 前記電流は、導電性フィルム層の第三のエッジ部に結合された第一のバイアス端子と、前記第三のエッジ部に対向する第四のエッジ部に結合された第二のバイアス端子の間に流れる読み出し電流である請求項19に記載の論理装置。   The current is between a first bias terminal coupled to a third edge of the conductive film layer and a second bias terminal coupled to a fourth edge opposite the third edge. 20. A logic device according to claim 19, wherein the logic device is a read current flowing through. 前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する、請求項19に記載の論理装置。   20. The logic device of claim 19, wherein the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis that is substantially parallel to the electrical signal and substantially orthogonal to the axis passing through the first and second sensors. 前記論路装置は、ORゲート、NORゲート、NOTゲート、NANDゲート又はANDゲートの一つの所定の論理機能を実行するように構成され、前記所定の論理機能は、磁化配向の初期の構成及び各入力データ信号に関連する振幅に基づいて所定の論理機能に基づいていることを特徴とする請求項19に記載の論理装置。   The logic device is configured to perform one predetermined logic function of an OR gate, a NOR gate, a NOT gate, a NAND gate or an AND gate, and the predetermined logic function includes an initial configuration of magnetization orientation and each 20. The logic device of claim 19, wherein the logic device is based on a predetermined logic function based on an amplitude associated with the input data signal. 複数の論理装置が結合されて論理ゲート配列を形成しており、入力信号は一乃至複数の論理装置からの出力信号である請求項20に記載の論理装置。   21. The logic device of claim 20, wherein a plurality of logic devices are combined to form a logic gate array, and the input signal is an output signal from one or more logic devices. 所定のシーケンス中において、前記論理ゲート配列に記憶された論理機能の結果を読み出す読み出し回路を有している請求項28に記載の論理装置。   29. The logic device according to claim 28, further comprising a read circuit that reads out a result of the logic function stored in the logic gate array in a predetermined sequence. 後段の半導体回路によって使用可能な許容可能な論理レベルに論理装置の出力を変換するレベルシフタ回路を有している請求項27に記載の論理装置。   28. The logic device of claim 27, further comprising a level shifter circuit that converts the output of the logic device to an acceptable logic level that can be used by a subsequent semiconductor circuit. 導電層の第一のエッジに結合された第一の点と前記導電層の第二のエッジに結合された第二の点を接続する第一の軸線に沿って発生される電圧電位に関連した電気信号を発生する方法であって、
前記第一の軸線と略直交する導電性フィルム層の第二の軸線に沿って流れる電流を発生し、
ほぼ前記第一の軸線に沿って位置する強磁性層のエッジ部に沿い、前記第二の軸線に対して略法線方向のフリンジ磁界を発生して、
前記電流に作用するフリンジ磁界に応答して電気信号を発生するようにした電気信号の発生方法。
Related to a voltage potential generated along a first axis connecting a first point coupled to the first edge of the conductive layer and a second point coupled to the second edge of the conductive layer. A method for generating an electrical signal,
Generating a current flowing along the second axis of the conductive film layer substantially orthogonal to the first axis;
Along the edge of the ferromagnetic layer located approximately along the first axis, generating a fringe magnetic field in a substantially normal direction relative to the second axis;
A method for generating an electrical signal, wherein an electrical signal is generated in response to a fringe magnetic field acting on the current.
前記フリンジ磁界は。強磁性体層の磁化配向状態から得られ、磁化状態は、磁界を発生する書き込み線によって強磁性体層を誘電的に結合することによって変化させる請求項31に記載の方法。   What is the fringe magnetic field? 32. The method of claim 31, wherein the magnetization state is obtained from a magnetization orientation state of the ferromagnetic layer, and the magnetization state is changed by dielectrically coupling the ferromagnetic layer with a write line that generates a magnetic field. 前記書き込み線から発生する前記フリンジ磁界によって、前記磁化配向を、バイナリデータ項目の第一の値を示す不揮発状態である第一の状態と、前記バイナリデータ項目の第二の値を示す不揮発状態である第二の状態に設定するとともに、発生された電気信号は、バイナリデータ項目の二つの値に対応する二つの異なる値を有している請求項32に記載の方法。   Due to the fringing magnetic field generated from the write line, the magnetization orientation is changed between a first state which is a nonvolatile state indicating a first value of a binary data item and a nonvolatile state which indicates a second value of the binary data item. 33. The method of claim 32, wherein the electrical signal generated has two different values corresponding to the two values of the binary data item while being set to a second state. 前記書き込み線から発生する前記フリンジ磁界によって、前記磁化配向を、二つの安定な不揮発状態のいずれかに設定するとともに、これらの状態は、一乃至複数の入力論理信号に関連するブール機能の結果を示しており、磁気配向は、ブール機能の結果を記憶し、所定の入力論理信号の組み合わせのみに応答して変化する請求項32に記載の方法。   The fringing magnetic field generated from the write line sets the magnetization orientation to one of two stable non-volatile states, and these states are the result of a Boolean function associated with one or more input logic signals. 33. The method of claim 32, wherein the magnetic orientation stores the result of the Boolean function and changes only in response to a predetermined combination of input logic signals. 電気信号の測定によって論理装置に記憶されたブール機能バイナリデータの読み込み、前記論理装置に記憶されやブール機能の結果によって決定された基準値と比較するステップを含む請求項34に記載の方法。   35. The method of claim 34, comprising reading Boolean function binary data stored in a logic device by measurement of an electrical signal and comparing to a reference value stored in the logic device and determined by a result of the Boolean function. 電気信号を、後段の半導体回路によって使用可能な許容電圧の論理レベルに変換するステップを含んでいる請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35 including the step of converting the electrical signal to a logic level of an acceptable voltage that can be used by subsequent semiconductor circuitry. 前記強磁性体は、磁気的に記憶されたデータによって発生された磁界に結合されており、発生される前記電気信号は、データの値に関連づけられる請求項31に記載の方法。   32. The method of claim 31, wherein the ferromagnetic material is coupled to a magnetic field generated by magnetically stored data, and the generated electrical signal is related to a data value. ソース領域、ドレイン領域、ゲート及びチャンネルの含む電解効果トランジスタと、
制御可能な磁化配向を有し、前記チャンネルに対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生するようにゲートとチャンネルに関連して配置した強磁性体層とによって構成され、
強磁性体層の磁化配向に関連した電気信号が、電解効果トランジスタのソース領域及びドレイン領域間を流れる電流に作用するフリンジ磁界に応答して発生することができる電子装置。
A field effect transistor including a source region, a drain region, a gate and a channel;
A magnetic layer having a controllable magnetization orientation and arranged in relation to the gate and the channel so that a fringing magnetic field substantially normal to the channel is generated by the edge;
An electronic device capable of generating an electrical signal related to the magnetization orientation of a ferromagnetic layer in response to a fringing magnetic field acting on a current flowing between a source region and a drain region of a field effect transistor.
前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧である請求項38に記載の電子装置。   A first sensor coupled to the first edge of the conductive film layer and a second sensor coupled to the second edge of the conductive film layer opposite the first edge. 40. The electronic device of claim 38, wherein the two different electrical signals are voltages that occur approximately along an axis through the first sensor and the second sensor. 前記電流は、前記電解効果トランジスタのソース領域に結合された第一のバイアス端子と、前記電解効果トランジスタのドレイン領域に結合された第二のバイアス端子の間に流れる請求項38に記載の電子装置。   40. The electronic device of claim 38, wherein the current flows between a first bias terminal coupled to a source region of the field effect transistor and a second bias terminal coupled to a drain region of the field effect transistor. . 前記強磁性体層内の二つの制御可能な磁化配向状態を規定する配線を有している請求項38に記載の電子装置。   39. The electronic device according to claim 38, further comprising wiring defining two controllable magnetization orientation states in the ferromagnetic layer. 前記チャンネルと前記強磁性体層は、第一の絶縁層によって分離され、配線及びゲートは第二の絶縁層によって分離される請求項38に記載の電子装置。   39. The electronic device according to claim 38, wherein the channel and the ferromagnetic layer are separated by a first insulating layer, and the wiring and the gate are separated by a second insulating layer. 前記ゲートは、制御信号に応答してソース領域とドレイン領域間に流れる電流を制御する請求項38に記載の電子装置。   39. The electronic device according to claim 38, wherein the gate controls a current flowing between the source region and the drain region in response to a control signal. 前記強磁性体は、磁気的に記憶されたデータによって発生された磁界に結合され、発生された電気信号は、データの値に関連され、電子装置は、磁界センサとして動作する請求項38に記載の電子装置。   40. The ferromagnet is coupled to a magnetic field generated by magnetically stored data, the generated electrical signal is related to the value of the data, and the electronic device operates as a magnetic field sensor. Electronic devices. 前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する、請求項39に記載の電子装置。   40. The electronic device of claim 39, wherein the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis passing through the first and second sensors. ソース領域、ドレイン領域、ゲート及びチャンネルの含む電解効果トランジスタと、
記憶するデータ項目の異なる二つの値に対応して少なくとも二つの制御可能で安定な磁化配向を有し、前記導電性フィルム層の上面の一部を、二つの状態を有するとともに前記チャンネルに対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生するようにゲートとチャンネルに関連して配置した強磁性体層とによって構成され、
前記チャンネルに流れる電流に作用するフリンジ磁界の状態に応じて、前記データ項目の異なる二つの値に対応する二つの異なる電気信号を発生するようにしたことを特徴とするメモリ装置。
A field effect transistor including a source region, a drain region, a gate and a channel;
At least two controllable and stable magnetization orientations corresponding to two different values of data items to be stored, a portion of the top surface of the conductive film layer having two states and with respect to the channel It is constituted by a ferromagnetic layer arranged in relation to the gate and the channel so that a fringing magnetic field in a substantially normal direction is generated by the edge,
A memory device, wherein two different electrical signals corresponding to two different values of the data item are generated according to a state of a fringe magnetic field acting on a current flowing through the channel.
前記チャンネルに結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記チャンネルに結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧である請求項46に記載のメモリ装置。   A first sensor coupled to the channel and a second sensor coupled to the channel opposite the first edge, wherein the two different electrical signals are substantially the first sensor. 47. The memory device according to claim 46, wherein the voltage is generated along an axis passing through the second sensor. 前記二つの異なる電気信号は、前記データ項目の異なる二つの値の第一の値が前記メモリ装置に記憶されている場合に発生される第一の電圧出力信号と、前記データ項目の異なる二つの値の第二の値が前記メモリ装置に記憶されている場合に発生される第二の電圧出力信号で構成される請求項46に記載のメモリ装置。   The two different electrical signals include a first voltage output signal generated when a first value of two different values of the data item is stored in the memory device, and two different electrical signals of the data item. 47. The memory device of claim 46, comprising a second voltage output signal that is generated when a second value of values is stored in the memory device. 前記メモリ装置の二つの電気信号を基準値と比較して、メモリ装置に記憶されたデータ項目の値を判定する検出回路を有している請求項46に記載のメモリ装置。   47. The memory device according to claim 46, further comprising a detection circuit that compares two electrical signals of the memory device with a reference value to determine a value of a data item stored in the memory device. 前記電流は、電解効果トランジスタのソース領域に結合された第一のバイアス端子と、電解効果トランジスタのドレイン領域に結合された第二のバイアス端子の間に流れる読み出し電流である請求項46に記載のメモリ装置。   47. The current of claim 46, wherein the current is a read current that flows between a first bias terminal coupled to a source region of the field effect transistor and a second bias terminal coupled to a drain region of the field effect transistor. Memory device. 前記強磁性体層内の二つの制御可能な磁化配向状態を規定する配線を有している請求項46に記載のメモリ装置。   47. The memory device according to claim 46, further comprising wiring defining two controllable magnetization orientation states in the ferromagnetic layer. 前記チャンネル及び前記強磁性体層は、第一の絶縁層で分離され、前記書き込み線と前記ゲートは、第二の絶縁層によって分離されている請求項51に記載のメモリ装置。   52. The memory device according to claim 51, wherein the channel and the ferromagnetic layer are separated by a first insulating layer, and the write line and the gate are separated by a second insulating layer. 前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する、請求項46に記載のメモリ装置。   47. The memory device according to claim 46, wherein the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis substantially parallel to the electrical signal and substantially perpendicular to the axis passing through the first and second sensors. 前記強磁性体層の磁化配向は、
(i)第一の振幅の書き込み電流に応じて第一の状態となるとともに、第一の書き込む磁界に関連づけられ、
(ii)第二の振幅の書き込み電流に応じて第二の状態となるとともに、第二の書き込む磁界に関連づけられる請求項8に記載のメモリ装置。
The magnetization orientation of the ferromagnetic layer is
(I) The first state is set according to the write current having the first amplitude, and the first state is related to the magnetic field;
The memory device according to claim 8, wherein (ii) the second state is set in accordance with a write current having a second amplitude and the second write magnetic field is associated with the second state.
前記強磁性体層の磁化配向、前記強磁性体層に他方の状態が設定されるまで、一方の状態に保持される請求項46に記載のメモリ装置。   47. The memory device according to claim 46, wherein one state is maintained until the magnetization orientation of the ferromagnetic layer and the other state are set in the ferromagnetic layer. 複数のメモリ装置が結合され、メモリ配列を構成する請求項46に記載のメモリ装置。   The memory device of claim 46, wherein a plurality of memory devices are combined to form a memory array. 前記ゲートは、読み出し信号に応答して、ソース領域とドレイン領域間に流れる電流を制御する請求項46に記載のメモリ装置。   47. The memory device according to claim 46, wherein the gate controls a current flowing between the source region and the drain region in response to a read signal. 一乃至複数の入力信号と出力信号の結合に関連する論理機能の行うための論理装置であって、
ソースと、ドレインと、ゲート及びチャンネルを含む電解効果トランジスタと、
記憶するデータ項目の異なる二つの値に対応して少なくとも二つの制御可能で安定な磁化配向を有し、前記導電性フィルム層の上面の一部を、二つの状態を有するとともに前記チャンネルに対してほぼ法線方向のフリンジ磁界をエッジ部によって発生するようにゲートとチャンネルに関連して配置した強磁性体層とによって構成され、
前記強磁性体層と、導線上の第一及び第二の電流値の一方の電流値を持つ入力データ信号によって発生される磁界と誘電的に結合する書き込み線とによって構成され、
前記チャンネルに流れる電流に作用するフリンジ磁界の状態に応じて、前記データ項目の異なる二つの値に対応する二つの異なる電気信号を発生するようにしたことを特徴とする論理装置。
A logic device for performing a logic function related to the combination of one or more input signals and output signals,
A field effect transistor including a source, a drain, a gate and a channel;
At least two controllable and stable magnetization orientations corresponding to two different values of data items to be stored, a portion of the top surface of the conductive film layer having two states and with respect to the channel It is constituted by a ferromagnetic layer arranged in relation to the gate and the channel so that a fringing magnetic field in a substantially normal direction is generated by the edge,
The ferromagnetic layer and a write line that dielectrically couples with a magnetic field generated by an input data signal having one of the first and second current values on the conductor;
2. A logic device according to claim 1, wherein two different electric signals corresponding to two different values of the data item are generated according to a state of a fringe magnetic field acting on a current flowing through the channel.
前記電気出力信号は、強磁性体層の磁化配向の状態が、前記論理機能に関連した前記入力データ信号の第一の組み合わせに対応する磁界により反転された時に第一の値を有し、強磁性体層の磁化配向の状態が、前記論理機能に関連した前記入力データ信号の第二の組み合わせに対応する磁界により反転されない時に第二の値を有している請求項58に記載の論理装置。   The electrical output signal has a first value when the state of magnetization orientation of the ferromagnetic layer is inverted by a magnetic field corresponding to a first combination of the input data signals associated with the logic function, and has a strong value. 59. The logic device of claim 58, wherein the state of magnetization orientation of the magnetic layer has a second value when not reversed by a magnetic field corresponding to the second combination of input data signals associated with the logic function. . 前記論理機能の結果は、磁化配向状態が後続の入力信号の組み合わせによって反転されるまで、論理装置に記憶される請求項58に記載の論理装置。   59. The logic device of claim 58, wherein the result of the logic function is stored in the logic device until the magnetization orientation state is inverted by a combination of subsequent input signals. 強磁性体層の磁化配向状態は、論理装置によって実行される論理機能に基づいて初期状態に設定される請求項58に記載の論理装置。   59. The logic device according to claim 58, wherein the magnetization orientation state of the ferromagnetic layer is set to an initial state based on a logic function performed by the logic device. 前記導電性フィルム層の第一のエッジ部に結合された第一センサと、前記第一のエッジ部とは反対側である前記導電性フィルム層の第二のエッジ部に結合された第二センサとを更に備え、前記二つの異なる電気信号が、ほぼ前記第一センサと前記第二センサとを通る軸線に沿って生ずる電圧である請求項58に記載の論理装置。   A first sensor coupled to the first edge of the conductive film layer and a second sensor coupled to the second edge of the conductive film layer opposite the first edge. 59. The logic device of claim 58, wherein the two different electrical signals are voltages that occur approximately along an axis through the first sensor and the second sensor. 前記論理装置に記憶された結果を決定するために、論理装置の電気出力信号を基準値の比較する検出回路を有している請求項60に記載の論理装置。   61. The logic device of claim 60, further comprising a detection circuit that compares a reference value of the electrical output signal of the logic device to determine a result stored in the logic device. 前記電流は、前記電解効果トランジスタのソースに結合された第一のバイアス端子と電解効果トランジスタのドレインに結合された第二のバイアス端子間に流れる読み出し電流である請求項58に記載の論理装置。   59. The logic device of claim 58, wherein the current is a read current that flows between a first bias terminal coupled to a source of the field effect transistor and a second bias terminal coupled to a drain of the field effect transistor. 前記強磁性体層が、前記電気信号に略平行すると共に前記第一及び第二センサを通る前記軸線に略直交する容易磁化軸を有する、請求項58に記載の論理装置。   59. The logic device of claim 58, wherein the ferromagnetic layer has an easy magnetization axis that is substantially parallel to the electrical signal and substantially orthogonal to the axis passing through the first and second sensors. 前記論路装置は、ORゲート、NORゲート、NOTゲート、NANDゲート又はANDゲートの一つの所定の論理機能を実行するように構成され、前記所定の論理機能は、磁化配向の初期の構成及び各入力データ信号に関連する振幅に基づいて所定の論理機能に基づいていることを特徴とする請求項58に記載の論理装置。   The logic device is configured to perform one predetermined logic function of an OR gate, a NOR gate, a NOT gate, a NAND gate or an AND gate, and the predetermined logic function includes an initial configuration of magnetization orientation and each 59. The logic device of claim 58, wherein the logic device is based on a predetermined logic function based on an amplitude associated with the input data signal. 複数の論理装置が結合されて論理ゲート配列を形成しており、入力信号は一乃至複数の論理装置からの出力信号である請求項58に記載の論理装置。   59. The logic device of claim 58, wherein the plurality of logic devices are combined to form a logic gate array, and the input signal is an output signal from one or more logic devices. 所定のシーケンス中において、前記論理ゲート配列に記憶された論理機能の結果を読み出す読み出し回路を有している請求項67に記載の論理装置。   68. The logic device according to claim 67, further comprising a readout circuit that reads out a result of the logic function stored in the logic gate array in a predetermined sequence. 後段の半導体回路によって使用可能な許容可能な論理レベルに論理装置の出力を変換するレベルシフタ回路を有している請求項58に記載の論理装置。   59. The logic device of claim 58, further comprising a level shifter circuit that converts the output of the logic device to an acceptable logic level that can be used by subsequent semiconductor circuits. 電解効果トランジスタのチャンネルの第一のエッジに結合された第一の点と前記電解効果トランジスタのチャンネルの第二のエッジに結合された第二の点を接続する第一の軸線に沿って発生される電圧電位に関連した電気信号を発生する方法であって、
第一の軸線に直交する第二の軸線に沿って電解効果トランジスタのチャンネルのソースからチャンネルと通って電解効果トランジスタのドレインに流れる電流を発生し、
フリンジ磁界は、チャンネルに対してほぼ法線方向に向けられた前記ゲートに対して配置される強磁性体層のエッジ部に沿ってフリンジ磁界を発生し、
前記電流に作用するフリンジ磁界に応答して電気信号を発生するようにした電気信号の発生方法。
Generated along a first axis connecting a first point coupled to the first edge of the channel of the field effect transistor and a second point coupled to the second edge of the channel of the field effect transistor A method for generating an electrical signal related to a voltage potential comprising:
Generating a current that flows from the source of the channel of the field effect transistor through the channel to the drain of the field effect transistor along a second axis perpendicular to the first axis;
The fringe magnetic field generates a fringe magnetic field along the edge of the ferromagnetic layer disposed with respect to the gate oriented substantially normal to the channel,
A method for generating an electrical signal, wherein an electrical signal is generated in response to a fringe magnetic field acting on the current.
前記フリンジ磁界は、強磁性体層の磁化配向状態から得られ、磁化状態は、磁界を発生する書き込み線によって強磁性体層を誘電的に結合することによって変化させる請求項70に記載の方法。   The method of claim 70, wherein the fringing magnetic field is obtained from a magnetization orientation state of the ferromagnetic layer, and the magnetization state is changed by dielectrically coupling the ferromagnetic layer by a write line that generates the magnetic field. 前記書き込み線から発生する前記フリンジ磁界によって、前記磁化配向を、バイナリデータ項目の第一の値を示す不揮発状態である第一の状態と、前記バイナリデータ項目の第二の値を示す不揮発状態である第二の状態に設定するとともに、発生された電気信号は、バイナリデータ項目の二つの値に対応する二つの異なる値を有している請求項71に記載の方法。   Due to the fringing magnetic field generated from the write line, the magnetization orientation is changed between a first state which is a nonvolatile state indicating a first value of a binary data item and a nonvolatile state which indicates a second value of the binary data item. 72. The method of claim 71, wherein the electrical signal generated has two different values corresponding to the two values of the binary data item while setting to a second state. 前記書き込み線から発生する前記フリンジ磁界によって、前記磁化配向を、二つの安定な不揮発状態のいずれかに設定するとともに、これらの状態は、一乃至複数の入力論理信号に関連するブール機能の結果を示しており、磁気配向は、ブール機能の結果を記憶し、所定の入力論理信号の組み合わせのみに応答して変化する請求項70に記載の方法。   The fringing magnetic field generated from the write line sets the magnetization orientation to one of two stable non-volatile states, and these states are the result of a Boolean function associated with one or more input logic signals. 71. The method of claim 70, wherein the magnetic orientation stores the result of the Boolean function and changes only in response to a combination of predetermined input logic signals. 電気信号の測定によって論理装置に記憶されたブール機能バイナリデータの読み込み、前記論理装置に記憶されやブール機能の結果によって決定された基準値と比較するステップを含む請求項73に記載の方法。   74. The method of claim 73, comprising reading Boolean function binary data stored in a logic device by measurement of an electrical signal and comparing to a reference value stored in the logic device and determined by a result of the Boolean function. 電気信号を、後段の半導体回路によって使用可能な許容電圧の論理レベルに変換するステップを含んでいる請求項74に記載の方法。   75. The method of claim 74, including the step of converting the electrical signal to a logic level of an acceptable voltage usable by subsequent semiconductor circuitry.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274939B1 (en) * 1998-09-11 2001-08-14 American Electronic Components Resin ceramic compositions having magnetic properties
JP5880937B2 (en) * 2011-12-22 2016-03-09 国立大学法人埼玉大学 Spin polarization measurement method and measurement meter, and logic operation gate and signal encryption / decryption method using the same
CN108151768A (en) * 2017-12-28 2018-06-12 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 A kind of semiconductor magnetic sensor, preparation method and application method

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4896064A (en) * 1972-03-22 1973-12-08
JPS5068661U (en) * 1973-10-26 1975-06-19
JPS59127287A (en) * 1982-12-28 1984-07-23 Fujitsu Ltd Novolatile memory device
JPS6136983A (en) * 1984-07-30 1986-02-21 Matsushita Electronics Corp Semiconductor magnetic sensor
JPH06151746A (en) * 1992-11-09 1994-05-31 Sony Corp Integrated circuit memory device
JPH06232475A (en) * 1993-02-05 1994-08-19 Showa Denko Kk Magnetoelectric conversion element
JPH06267026A (en) * 1993-01-20 1994-09-22 Silmag Sa Manufacture of semiconductor magnetic-field detecting magnetic head and semiconductor magnetic-field detecting magnetic head manufactured by said method
JPH08116100A (en) * 1994-10-14 1996-05-07 Agency Of Ind Science & Technol Superconducting associative memory cell and superconducting associate storage using the memory cell

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4896064A (en) * 1972-03-22 1973-12-08
JPS5068661U (en) * 1973-10-26 1975-06-19
JPS59127287A (en) * 1982-12-28 1984-07-23 Fujitsu Ltd Novolatile memory device
JPS6136983A (en) * 1984-07-30 1986-02-21 Matsushita Electronics Corp Semiconductor magnetic sensor
JPH06151746A (en) * 1992-11-09 1994-05-31 Sony Corp Integrated circuit memory device
JPH06267026A (en) * 1993-01-20 1994-09-22 Silmag Sa Manufacture of semiconductor magnetic-field detecting magnetic head and semiconductor magnetic-field detecting magnetic head manufactured by said method
JPH06232475A (en) * 1993-02-05 1994-08-19 Showa Denko Kk Magnetoelectric conversion element
JPH08116100A (en) * 1994-10-14 1996-05-07 Agency Of Ind Science & Technol Superconducting associative memory cell and superconducting associate storage using the memory cell

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