JP2648151B2 - 記憶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自己保持能力を有し、かつ情報の書換えが
容易な記憶素子に関するものである。

〔従来の技術〕

近年の情報処理の進歩から、大容量の情報の記憶・読
み出しを可能とする素子の必要性が強まり、多くの大容
量記憶素子が生産されている。その主たるものは大容量
ではあるが記憶保持動作を必要とする、いわゆるDRAMで
あり、情報の記録再生は高速であるものの、その維持に
電力を必要とした。情報の記憶でき、蓄積に電力を必要
としないメモリとしては、いわゆるEPROM,EEPROMがある
が、これらは既に書き込まれた情報の消去に紫外線照射
や高電圧の長時間印加を必要とし、使いにくかった。消
費電力の少ないSRAMと電池を組み合わせて使用する場合
には電池寿命の問題や温度・宇宙線による誤りの発生な
どの問題があった。

一方、NCなどの電磁雑音が多く、温度条件の悪い環境
ではこれらに強い記憶素子が求められ、電磁力を利用す
る継電器（リレー）が多く用いられてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来のリレーでは構成部品数が多く、小型
化が困難であった。また、自己保持形のリレーは半硬質
磁性材料で構成した電磁石の吸引力で状態を保持するた
め、小型化と共に保持動作が不安定となる欠点があっ
た。

本発明は、記憶素子自体に自己保持性を持たせ、低消
費電力化するとともに一体化形成による小型化を行うこ
とを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の記憶素子は、表面に軟磁性体を設けた基板
と、前記基板上に軟磁性体で構成された中央磁極と、前
記中央磁極を巻くように形成されたコイルと、前記中央
磁極と前記コイルとを囲むように軟磁性体で構成された
橋脚部と、前記橋脚部上に配設され垂直磁化膜と軟磁性
膜で構成されかつ凹および凸状の２つの安定変位状態を
有する磁性膜と、該磁性膜の凹あるいは凸状の２つの変
位状態によって電気的に開閉するように配設された１対
の電極と、該電極に接続された布線とからなることを特
徴とする。

〔作用〕

垂直磁化膜と軟磁性膜で構成され、かつ内部応力を持
つ磁性膜が凹および凸の双安定ばね様に機械的変位をす
るのでし、この機械的変位を情報の記憶動作として利用
することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明による記憶素子の構造を示す一実施例
で、第２図は本発明による記憶素子の断面図である。１
はその表面に軟磁性体を設けた基板、２はコイル、３は
軟磁性体で構成された中央磁極、４は軟磁性体で構成さ
れた橋脚部、５はばねとなる磁性膜、11は軟磁性層、12
は絶縁層、21a、21bは電極、22は布線であり、基盤目上
に配置された橋脚部４の凹部に各記憶セルが対応して配
置されている。

磁性膜５には少なくとも各記憶セルの中央磁極に対応
する部分に、同一方向に磁化された垂直磁化膜が配置さ
れ、更に全体をカバーする均一な軟磁性膜で構成されて
いる。磁性膜５は完全な二層膜であってももちろん良
く、第１図、第２図は二層膜を使用した例である。磁性
膜５に圧縮応力を付与されて、磁性膜５は橋脚部４以外
では固定されていない。一般に圧縮応力を持つ膜は膜自
体が伸びようとするから、本発明のように橋脚部４で一
部が固定されている場合には自由状態部分は凸状または
凹状に変形し、機械的にもこの状態が安定形状となる。

初期形状が凹の場合、コイル２に電流を流して中央磁
極３を該垂直磁化膜の磁化方向と逆向きに磁化すると、
磁性膜５は磁極の反発により持ち上げられ、凸状に変形
する。その後、逆方向に電流を流すと、中央磁極３は磁
性膜５と同方向に磁化されて磁性膜５は吸引され、ふた
たび凹状態となる。いずれの状態でも、所定の方向に電
流が流れない限り機械的に保持された状態の変化を起こ
すことがなく、本発明による記憶素子は本質的に自己保
持性を有する。磁気回路的には中央磁極３・軟磁性層11
・橋脚部４・磁性膜５の軟磁性膜と、ほぼ閉磁路の構成
となるから書き込み電流が少なくて済むと共に、隣接す
る記憶セルへの影響も問題がない。

記憶素子としての構成では、磁性膜５が変形する状態
を検出すれば良い。書き込みが成された情報を電気的に
読み出すためには各記憶セルの凹凸の状態を電気的に判
別する必要がある。このためには、磁性膜の上に固定電
極21a,21bを配線し、この間を磁性膜５が短絡する構造
とすれば従来の継電器と同様の通電の有無で状態を判別
できる。また、中央磁極３に一方の電極21aを、磁性膜
５に他方の電極21bを設けてももちろん良い。また、検
出回路は複雑となるが、磁性膜５の状態によりコイル２
のインダクタンスが異なることから、これを測定するこ
とにより判別することも可能である。具体的には微小な
高周波電流を流してそのフライバック電圧を識別する
か、共振周波数の変化を判別すれば良い。この場合、コ
イル以外の配線は不用となり、構造が簡単となることも
明白である。

本発明では垂直磁化膜に磁界を印加することによって
記憶状態を変化させることから、外部からの磁界印加に
よって全面書き込み・消去が可能となる。このためには
素子全体を巻回するコイルを別途用意すれば良い。

本発明の記憶素子は例えば第３図に示すように基板１
の上に厚く軟磁性層11を形成してその一部を中央磁極３
とするよう選択エッチし（ａ）、絶縁層12でサンドイッ
チされたコイル２を形成した後（ｂ）、NiFe合金などの
軟磁性層を付着・形状エッチングして橋脚部４を（ｃ）
形成する。この状態でレジストなどの可溶材13を用いて
平坦化し（ｄ）、平坦化された平面上に磁性膜を形成し
た後平坦化材を除去すると、磁性膜５は橋脚部４で支持
されたメンブレムばねとなる（ｅ）。この状態で、前述
のインダクタンスの変化を検出する記憶素子として動作
するが、短絡を検出する場合には（ｄ）の段階で磁性膜
の上に電極支持橋脚をもうけ、絶縁層・電極配線層・接
点間隔を作成するための可溶材を形成した後、再度電極
・布線を膜形成・形状エッチして設け、そののち可溶材
を除去すれば良い。電極の一方を磁性膜上に固着させな
い場合には、もう一層の可溶材層を必要とするが、これ
らは目的により使い分ける。可溶材にフェノール系のフ
ォトレジストを用いれば、アセトンで簡単に溶解除去で
きることは周知である。

基板１を例えばNiZnフェライトのような絶縁性の軟磁
性体で構成すれば、中央磁極３をエッチングで形成した
後、最初の絶縁層無しにコイルを形成できるから更に工
程が簡略化できることはいうまでもない。

記憶セルを選択するための端子の接続は従来のLSIメ
モリと同様であり、なんら問題はない。

磁性膜５はクローム（Cr）を15〜25％含むCo合金と軟
磁性を示す例えばNiFe合金をスパッタリングし、Cr量と
基板温度を制御することにより任意の磁気特性が得られ
る。基板温度が低いほど保磁力の低い垂直磁化膜が得ら
れるが、余り低いと外来磁場による誤動作の恐れがある
ことから、数〜数十エルステッドに設定するのがよい。
通常の二極スパッタやRFスパッタでは基板がプラズマに
より加熱されることから、基板温度を制御する上では基
板をプラズマフリーにできるイオンビームスパッタリン
グなどを用いると良い。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば情報の反復書き
込み読み出しができ、かつ無電力で記憶状態を維持する
自己保持性が得られるから、低消費電力で大容量の記憶
素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による記憶素子の一実施例を示す構造
図、第２図は本発明による記憶素子の一実施例の断面
図、第３図は本発明による記憶素子の製造方法の一実施
例を示す図である。 図面中,1は基板、２はコイル、３は中央磁極、４は橋脚
部、５は磁性膜、11は軟磁性層、12は絶縁層、13は可溶
材、21は電極、22は布線である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に軟磁性体を設けた基板と、前記基板
   上に軟磁性体で構成された中央磁極と、前記中央磁極を
   巻くように形成されたコイルと、前記中央磁極と前記コ
   イルとを囲むように軟磁性体で構成された橋脚部と、前
   記橋脚部上に配設され垂直磁化膜と軟磁性膜で構成され
   かつ凹および凸状の２つの安定変位状態を有する磁性膜
   と、該磁性膜の凹あるいは凸状の２つの変位状態によっ
   て電気的に開閉するように配設された１対の電極と、該
   電極に接続された布線とからなることを特徴とする記憶
   素子。