JP3469675B2 - Magnetic spin element - Google Patents

Magnetic spin element

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JP3469675B2
JP3469675B2 JP12123695A JP12123695A JP3469675B2 JP 3469675 B2 JP3469675 B2 JP 3469675B2 JP 12123695 A JP12123695 A JP 12123695A JP 12123695 A JP12123695 A JP 12123695A JP 3469675 B2 JP3469675 B2 JP 3469675B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁気スピンの再配列を
利用した新規な電気的制御素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel electric control device utilizing magnetic spin rearrangement.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在の
エレクトロニクスの分野で用いられているダイオード及
びトランジスタ等の電気的制御素子のほとんどは、シリ
コンなどの半導体から作製されている。このようなシリ
コンなどの半導体に不純物をドープすることにより形成
したP型半導体及びN型半導体を接合することにより、
ダイオード及びトランジスタ、さらには集積回路(I
C)などが作製されている。このような半導体素子の特
性は、ドーピングされている不純物、すなわちキャリア
の濃度(一般に1018/cm 3 程度)に支配されてい
る。
PRIOR ART AND PROBLEMS TO BE SOLVED BY THE INVENTION
Diodes used in the field of electronics and
And most electrical control elements such as transistors
It is made from semiconductors such as CON. Siri like this
Formed by doping impurities such as semiconductors
By joining the P-type semiconductor and the N-type semiconductor,
Diodes and transistors, as well as integrated circuits (I
C) and the like have been manufactured. The characteristics of such semiconductor devices
Property is the impurity that is doped, that is, the carrier
Concentration (generally 1018/ Cm 3Is controlled by
It

【0003】高集積化及び高密度化が進むに連れ、従来
の半導体素子では上記キャリア濃度等の制限により、高
集積化等の要望に対処することが困難になってきてい
る。本発明は、このような従来の半導体素子とは動作原
理が全く異なる電気的制御素子を提供することを目的と
しており、磁気スピンの再配列を利用した新規な電気的
制御素子を提供しようとするものである。
With the progress of higher integration and higher density, it has become difficult to meet the demand for higher integration and the like in the conventional semiconductor device due to the limitation of the carrier concentration and the like. An object of the present invention is to provide an electrical control element whose operation principle is completely different from that of such a conventional semiconductor element, and to provide a novel electrical control element utilizing magnetic spin rearrangement. It is a thing.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気スピン素子
は、直接にまたは中間層を介して接合された第1の磁性
体及び第2の磁性体と、第1の磁性体と第2の磁性体の
間の接合面を通り電流を流すため、第1の磁性体上に設
けられる第1の電極端子及び第2の磁性体上に設けられ
る第2の電極端子と、第2の磁性体内に電流を流すこと
により第2の磁性体に磁場を印加するため第2の磁性体
上に設けられる第3の電極端子および第4の電極端子
を備え、第3の電極端子と第4の電極端子との間に電流
を流すことにより、磁場を印加することを特徴としてい
る。
A magnetic spin element according to the present invention comprises a first magnetic body and a second magnetic body, which are bonded directly or via an intermediate layer, a first magnetic body and a second magnetic body. Installed on the first magnetic body in order to pass the current through the joint surface between the magnetic bodies.
Provided on the first electrode terminal and the second magnetic body
A current through the second electrode terminal and the second magnetic body.
To apply a magnetic field to the second magnetic body by the second magnetic body
A third electrode terminal and a fourth electrode terminal provided on the upper side, and a current is applied between the third electrode terminal and the fourth electrode terminal.
It is characterized in that a magnetic field is applied by flowing the magnetic field .

【0005】本発明において、第1の磁性体と第2の磁
性体とは、直接に接合されていてもよく、また中間層を
介して接合されていてもよい。中間層としては、例えば
絶縁層を形成することができる。このような絶縁層は、
第1の磁性体と第2の磁性体の磁気モーメントの方向が
平行となり、導通状態となったときに、電流が流れるよ
うな膜厚に設定される。中間層として絶縁層を形成する
ことにより、第1の磁性体と第2の磁性体の磁気モーメ
ントが平行でない状態、すなわち、非導通状態における
電流リークを低減することができ、整流素子及びスイッ
チング素子などとして本発明の磁気スピン素子を用いた
ときに、オン/オフ比等を高めることができる。
In the present invention, the first magnetic body and the second magnetic body may be directly bonded or may be bonded via an intermediate layer. As the intermediate layer, for example, an insulating layer can be formed. Such an insulating layer is
The magnetic moments of the first magnetic body and the second magnetic body are parallel to each other, and the film thickness is set so that a current flows when brought into conduction. By forming the insulating layer as the intermediate layer, it is possible to reduce current leakage in a state where the magnetic moments of the first magnetic body and the second magnetic body are not parallel to each other, that is, in a non-conducting state. When the magnetic spin element of the present invention is used as, for example, the on / off ratio can be increased.

【0006】また中間層としては、例えば第1の磁性体
と第2の磁性体の間の磁場による影響を少なくするた
め、Cuなどの磁場遮蔽層を形成してもよい。第1の磁
性体及び第2の磁性体を例えば薄膜形成法で形成する場
合、このような中間層を第1の磁性体と第2の磁性体の
間に設けることにより、中間層の上に別の磁性体を形成
することができるので、下地の影響を低減させて磁性体
薄膜を形成することができる。
As the intermediate layer, for example, a magnetic field shielding layer such as Cu may be formed in order to reduce the influence of the magnetic field between the first magnetic body and the second magnetic body. When the first magnetic body and the second magnetic body are formed by, for example, a thin film forming method, by providing such an intermediate layer between the first magnetic body and the second magnetic body, the intermediate layer is formed on the intermediate layer. Since another magnetic substance can be formed, the influence of the base can be reduced to form the magnetic substance thin film.

【0007】本発明の磁気スピン素子における磁場印加
手段としては、第2の磁性体に電流を流し磁場を発生さ
せて印加する手段が用いられる。
[0007] As the magnetic field applying means in the magnetic spin device of the present invention, the means for applying by generating a magnetic field applying a current to the second magnetic material elements are used.

【0008】また、本発明に従う一実施態様における磁
気スピン素子は、第4の電極端子は、第2の電極端子と
共通の端子として使用される
[0008] The magnetic spin device in one embodiment according to the present invention, the fourth electrode terminal, a second electrode terminal
Used as a common terminal .

【0009】本実施態様においては、第2の電極端子と
第3の電極端子の間に電圧を印加して電流を流すことに
より、第2の磁性体に磁場を印加する。本発明におい
て、第1の磁性体及び第2の磁性体の材質は、同じ材質
でもよく、また異なる材質であってもよい。磁場印加手
段として、磁性体内に電流を流すことにより磁場を印加
して磁気モーメントの方向を変化させる場合には、より
小さな電流で磁気モーメントの方向を変化させることが
できるように、保持力(Hc)の小さい磁性材料が好ま
しい。このような保磁力の小さい磁性材料としては、N
iFe、NiFeCoなどを挙げることができる。
In this embodiment, a magnetic field is applied to the second magnetic body by applying a voltage between the second electrode terminal and the third electrode terminal to cause a current to flow. In the present invention, the materials of the first magnetic body and the second magnetic body may be the same or different. As a magnetic field applying means, when a magnetic field is applied by changing the direction of the magnetic moment by causing an electric current to flow in the magnetic body, the holding force (Hc) can be changed so that the direction of the magnetic moment can be changed with a smaller current. A magnetic material having a small) is preferable. As a magnetic material having such a small coercive force, N
iFe, NiFeCo, etc. can be mentioned.

【0010】[0010]

【作用】図1〜図4は、本発明の磁気スピン素子の電気
的なスピン制御動作を説明するための図である。図1を
参照して、第1の磁性体1及び第2の磁性体2は、接合
面3で接合されている。ここでは、第1の磁性体1及び
第2の磁性体2が直接に接合されている。第1の磁性体
1には第1の電極端子1aが設けられている。また第2
の磁性体2には第2の電極端子2aが設けられている。
本実施例では、第2の磁性体2に電流を流すことにより
第2の磁性体2に磁場を印加し、その磁気モーメントの
方向を変化させる。従って、第2の磁性体2には、第2
の磁性体2に電流を流すための電極端子2b及び2cが
設けられている。これらの電極端子2b,2cは、これ
らの端子間に電流を流すことにより第2の磁性体2の磁
気モーメントの方向を第1の磁性体1の磁気モーメント
の方向に対し平行にすることができるように設けられて
いる。
1 to 4 are views for explaining the electrical spin control operation of the magnetic spin element of the present invention. With reference to FIG. 1, the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2 are joined at a joint surface 3. Here, the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2 are directly joined. The first magnetic body 1 is provided with a first electrode terminal 1a. The second
The magnetic body 2 is provided with a second electrode terminal 2a.
In this embodiment, a magnetic field is applied to the second magnetic body 2 by passing a current through the second magnetic body 2 to change the direction of its magnetic moment. Therefore, the second magnetic body 2 has a second
Electrode terminals 2b and 2c for passing a current through the magnetic body 2 are provided. These electrode terminals 2b and 2c can make the direction of the magnetic moment of the second magnetic body 2 parallel to the direction of the magnetic moment of the first magnetic body 1 by passing a current between these terminals. Is provided.

【0011】図1に矢印で示すように、本実施例では、
非導通状態において、第1の磁性体1の磁気モーメント
の方向と、第2の磁性体2の磁気モーメントの方向が反
平行の状態となっている。
As shown by the arrow in FIG. 1, in this embodiment,
In the non-conducting state, the direction of the magnetic moment of the first magnetic body 1 and the direction of the magnetic moment of the second magnetic body 2 are antiparallel.

【0012】図2は、図1に示す非導通状態の磁気スピ
ン素子の第1の磁性体及び第2の磁性体における電子ス
ピン準位を示す図である。図2において“1”は第1の
磁性体の電子スピン準位を示しており、“2”は第2の
磁性体の電子スピン準位を示している。図2に示すよう
に、フェルミ準位(EF )の電子スピンは互いに逆方向
に向いている。従って、第1の電極端子1aと第2の電
極端子2aの間に電圧を印加しても、接合面3の間で電
子が移動せず、第1の磁性体1と第2の磁性体2の間で
電流の流れない状態となっている。
FIG. 2 is a diagram showing electron spin levels in the first magnetic body and the second magnetic body of the magnetic spin element in the non-conducting state shown in FIG. In FIG. 2, “1” indicates the electron spin level of the first magnetic body, and “2” indicates the electron spin level of the second magnetic body. As shown in FIG. 2, the electron spins of the Fermi level (E F ) are oriented in opposite directions. Therefore, even if a voltage is applied between the first electrode terminal 1a and the second electrode terminal 2a, the electrons do not move between the bonding surfaces 3 and the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2 are not moved. There is no current flowing between them.

【0013】このような非導通の状態で、電極端子2b
と電極端子2cの間に適当な電圧で電流を流すと、発生
した磁場により、第2の磁性体2の磁気モーメントの方
向が変化し、第1の磁性体1と平行な方向に磁気モーメ
ントの方向が再配列される。
In such a non-conducting state, the electrode terminal 2b
When a current is applied between the electrode and the electrode terminal 2c at an appropriate voltage, the direction of the magnetic moment of the second magnetic body 2 changes due to the generated magnetic field, and the magnetic moment of the magnetic moment changes in a direction parallel to the first magnetic body 1. The directions are rearranged.

【0014】図3は、このような磁気モーメントの再配
列後の状態を示す図である。図3に矢印で示すように、
第2の磁性体2の磁気モーメントの方向が第1の磁性体
1の磁気モーメントの方向と平行な状態となる。
FIG. 3 is a diagram showing a state after such rearrangement of magnetic moments. As shown by the arrow in FIG.
The direction of the magnetic moment of the second magnetic body 2 is parallel to the direction of the magnetic moment of the first magnetic body 1.

【0015】図4は、図3に示す状態における電子スピ
ンのエネルギー準位を示している。図4に示すように、
磁性体1及び磁性体2のフェルミ準位における電子スピ
ンは同じ方向に並んでおり、従って磁性体1と磁性体2
の間で電子が移動し、電流が流れる。
FIG. 4 shows the energy levels of electron spins in the state shown in FIG. As shown in FIG.
The electron spins at the Fermi level of the magnetic substance 1 and the magnetic substance 2 are aligned in the same direction, and therefore the magnetic substance 1 and the magnetic substance 2 are aligned.
Electrons move between them and a current flows.

【0016】従って、図3に示す第1の電極端子1aと
第2の電極端子2aの間に電圧を印加することにより、
第1の磁性体1及び第2の磁性体2の間に電流を流すこ
とができる。このような電流は接合面3を通り流れる。
Therefore, by applying a voltage between the first electrode terminal 1a and the second electrode terminal 2a shown in FIG.
A current can be passed between the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2. Such a current flows through the joint surface 3.

【0017】本発明の磁気スピン素子では、図3に示す
ような導通状態から、再び図1に示すような非導通状態
に戻すことも可能である。例えば、第2の磁性体2の電
極端子2b,2c間に、導通状態にするときとは逆の極
性で電圧を印加することより、第2の磁性体2の磁気モ
ーメントを第1の磁性体1の磁気モーメントに対し平行
でない状態、例えば反平行の状態にすることができる。
反平行の状態にすると、再び図1に示すような状態とな
り、第1の電極端子1aと第2の電極端子2aの間に電
流が流れなくなる。
In the magnetic spin element of the present invention, it is possible to return from the conducting state shown in FIG. 3 to the non-conducting state shown in FIG. 1 again. For example, by applying a voltage between the electrode terminals 2b and 2c of the second magnetic body 2 with a polarity opposite to that when conducting the second magnetic body 2, the magnetic moment of the second magnetic body 2 can be reduced. It can be in a state that is not parallel to the magnetic moment of 1, for example, an antiparallel state.
In the antiparallel state, the state as shown in FIG. 1 is restored again, and no current flows between the first electrode terminal 1a and the second electrode terminal 2a.

【0018】以上のように、本発明の磁気スピン素子に
おいては、第1の磁性体の磁気モーメントに対し、第2
の磁性体の磁気モーメントを独立に変化させ、第1の磁
性体と第2の磁性体の間に導通状態及び非導通状態を実
現することができる。従って、例えばスイッチング素子
などの電気的制御素子として用いることができる。
As described above, in the magnetic spin element of the present invention, the magnetic moment of the first magnetic substance is different from that of the second magnetic moment.
By independently changing the magnetic moment of the magnetic body, it is possible to realize a conductive state and a non-conductive state between the first magnetic body and the second magnetic body. Therefore, it can be used as an electrical control element such as a switching element.

【0019】また、導通状態及び非導通状態を保持する
ことができるので、メモリー素子として用いることもで
きる。
Further, since the conductive state and the non-conductive state can be maintained, it can be used as a memory element.

【0020】[0020]

【実施例】図5〜図8は、中間層として絶縁層を介して
第1の磁性体及び第2の磁性体を接合させた実施例を示
している。本発明の磁気スピン素子は、図1及び図3に
示すように、第1の磁性体及び第2の磁性体を直接に接
合してもよいが、図5及び図7に示すように、中間層を
介して第1の磁性体と第2の磁性体を接合してもよい。
Embodiments FIGS. 5 to 8 show an embodiment in which a first magnetic body and a second magnetic body are joined together via an insulating layer as an intermediate layer. In the magnetic spin element of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 3, the first magnetic body and the second magnetic body may be directly joined, but as shown in FIGS. You may join a 1st magnetic body and a 2nd magnetic body through a layer.

【0021】図5を参照して、第1の磁性体1と第2の
磁性体2の間には、中間層としての絶縁層4が形成され
ている。このような絶縁層の形成により、上述のよう
に、非導通状態における第1の磁性体1と第2の磁性体
2の間のリーク電流を低減することができる。またこの
ような絶縁層を設けることにより、第1の磁性体と第2
の磁性体が接合面で直接に接触することにより生じる問
題を解消することができ、それぞれの膜特性を改善する
ことができる。また磁性体を薄膜形成法で作製する場
合、他方の磁性体の影響を少なくして形成することがで
きる。
Referring to FIG. 5, an insulating layer 4 as an intermediate layer is formed between the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2. By forming such an insulating layer, as described above, the leak current between the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2 in the non-conducting state can be reduced. Further, by providing such an insulating layer, the first magnetic body and the second magnetic body
It is possible to solve the problem caused by direct contact of the magnetic substance at the bonding surface, and it is possible to improve the respective film characteristics. Further, when the magnetic body is manufactured by the thin film forming method, the magnetic body can be formed with less influence of the other magnetic body.

【0022】図5に示すように、本実施例においても、
磁性体1に第1の電極端子1aが設けられ、第2の磁性
体2に第2の電極端子2aが設けられている。第1の電
極端子1aと第2の電極端子2a間には電圧が印加され
ている。
As shown in FIG. 5, also in this embodiment,
The magnetic body 1 is provided with a first electrode terminal 1a, and the second magnetic body 2 is provided with a second electrode terminal 2a. A voltage is applied between the first electrode terminal 1a and the second electrode terminal 2a.

【0023】さらに第2の磁性体2には、図5に矢印で
示す第1の磁性体1の磁気モーメントの方向に、第2の
磁性体2の磁気モーメントの方向を転移することができ
るような位置に、電極端子2b,2cが設けられてい
る。図5に示す状態では、第2の磁性体2の磁気モーメ
ントの方向は第1の磁性体1の磁気モーメントの方向と
反平行の状態にある。
Further, the direction of the magnetic moment of the second magnetic body 2 can be transferred to the direction of the magnetic moment of the first magnetic body 1 indicated by the arrow in FIG. 5 for the second magnetic body 2. Electrode terminals 2b and 2c are provided at these positions. In the state shown in FIG. 5, the direction of the magnetic moment of the second magnetic body 2 is antiparallel to the direction of the magnetic moment of the first magnetic body 1.

【0024】従って、図6に示すように、第1の磁性体
1と第2の磁性体2のフェルミ準位における電子スピン
の方向は、逆方向であり、第1の磁性体1から第2の磁
性体2には電子が移動しない状態となっている。
Therefore, as shown in FIG. 6, the electron spin directions at the Fermi level of the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2 are opposite to each other, and the first magnetic body 1 to the second magnetic body 2 Electrons do not move to the magnetic body 2.

【0025】従って、図5に示す状態では、第1の磁性
体1と第2の磁性体2の間に電流が流れず、非導通の状
態となっている。第2の磁性体2の電極端子2b,2c
間に印加する電圧を増加させていくと、第2の磁性体2
内を電流が流れることにより第2の磁性体2に磁場が印
加され、第2の磁性体2の磁気モーメントの方向が、第
1の磁性体1の磁気モーメントの方向に揃い、平行な状
態となる。このような状態を示したのが図7である。図
7に示す状態では、矢印で示すように、第1の磁性体1
の磁気モーメントの方向と、第2の磁性体2の磁気モー
メントの方向が平行状態となっている。
Therefore, in the state shown in FIG. 5, no current flows between the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2 and the state is non-conductive. Electrode terminals 2b and 2c of the second magnetic body 2
When the voltage applied between the second magnetic substance 2 and the second magnetic substance 2 is increased.
A magnetic field is applied to the second magnetic body 2 by the flow of a current therein, and the direction of the magnetic moment of the second magnetic body 2 is aligned with the direction of the magnetic moment of the first magnetic body 1 and is in a parallel state. Become. FIG. 7 shows such a state. In the state shown in FIG. 7, as indicated by the arrow, the first magnetic body 1
And the direction of the magnetic moment of the second magnetic body 2 is in a parallel state.

【0026】このような状態においては、図8に示すよ
うに、第1の磁性体1と第2の磁性体2のフェルミ準位
における電子スピンの方向は同じ方向である。従って、
第1の磁性体1と第2の磁性体2の間で絶縁層4を通り
電子が移動する。従って、第1の磁性体1と第2の磁性
体2の間で電流が流れるようになり、導通状態となる。
In such a state, as shown in FIG. 8, the electron spin directions in the Fermi level of the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2 are the same. Therefore,
Electrons move between the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2 through the insulating layer 4. Therefore, a current starts to flow between the first magnetic body 1 and the second magnetic body 2, and a conductive state is established.

【0027】以上のように、第1の磁性体と第2の磁性
体の間に中間層を設けた場合にも、同様にして導通状態
及び非導通状態を実現することができる。図5及び図7
に示した例においては、第2の磁性体の上に、第2の電
極端子2aと、第2の磁性体2内に電流を流すための電
極端子2b,2cの合計3つの端子を設けているが、電
極端子2b,2cの一方と、第2の電極端子2aとは共
通の端子として使用することができるので、図9に示す
ように、第1の磁性体1の上に第1の電極端子5を設
け、第2の磁性体2の上には、第2の電極端子6と、第
3の電極端子7を設けた構造にすることができる。従っ
て、本発明の磁気スピン素子は、3つの端子を有した素
子構造とすることができる。
As described above, even when the intermediate layer is provided between the first magnetic body and the second magnetic body, the conductive state and the non-conductive state can be similarly realized. 5 and 7
In the example shown in FIG. 3, a total of three terminals, that is, the second electrode terminal 2a and the electrode terminals 2b and 2c for passing a current in the second magnetic body 2 are provided on the second magnetic body. However, since one of the electrode terminals 2b, 2c and the second electrode terminal 2a can be used as a common terminal, as shown in FIG. The electrode terminal 5 may be provided, and the second electrode terminal 6 and the third electrode terminal 7 may be provided on the second magnetic body 2. Therefore, the magnetic spin element of the present invention can have an element structure having three terminals.

【0028】図10〜図12は、本発明に従う一実施例
の磁気スピン素子を薄膜形成方法で製造する工程を示す
断面図である。図10(a)を参照して、基板10の上
にレジスト膜11を形成する。基板10としては、非磁
性基板が好ましい。次に、図10(b)を参照して、レ
ジスト膜11を半導体形成工程において一般的に用いら
れているフォトリソグラフィー法と同様にしてパターン
化し、レジスト膜11aとする。次に、図10(c)を
参照して、基板10及びレジスト膜11a上に、Au電
極膜12を蒸着法により形成する。Au電極膜の厚みは
約200Åとする。次に、図10(d)を参照して、レ
ジスト膜11aをリフトオフすることにより、基板10
の両端部のAu電極膜のみを残し、第2の電極端子とな
る電極膜12a及び第3の電極端子となる電極膜12b
とする。なお、電極膜12aと電極膜12bの間は5μ
mとなるように設計した。
10 to 12 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing a magnetic spin element according to an embodiment of the present invention by a thin film forming method. Referring to FIG. 10A, a resist film 11 is formed on the substrate 10. The substrate 10 is preferably a non-magnetic substrate. Next, with reference to FIG. 10B, the resist film 11 is patterned into a resist film 11a in the same manner as the photolithography method generally used in the semiconductor forming process. Next, referring to FIG. 10C, the Au electrode film 12 is formed on the substrate 10 and the resist film 11a by a vapor deposition method. The thickness of the Au electrode film is about 200Å. Next, referring to FIG. 10D, the resist film 11a is lifted off to remove the substrate 10
Leaving only the Au electrode films at both ends thereof, and the electrode film 12a serving as the second electrode terminal and the electrode film 12b serving as the third electrode terminal.
And The distance between the electrode films 12a and 12b is 5 μm.
It was designed to be m.

【0029】図11(a)を参照して、次に基板10及
び電極膜12a,12b上に、レジスト膜13を形成す
る。図11(b)を参照して、次に通常のフォトリソグ
ラフィー法により、レジスト膜13の両端部のみを残す
ようにパターン化して、レジスト膜13a及び13bと
する。次に、図11(c)を参照して、NiFe層(膜
厚500Å)14、SiO2 層(膜厚50Å)15、N
iFe層(膜厚500Å)16を順次積層して形成す
る。次に図11(d)参照して、レジスト膜13a及び
13bをリフトオフすることにより、電極膜12aと電
極膜12bの間に、NiFe層14a、SiO2 層15
a、及びNiFe層16aを積層した積層膜を形成す
る。NiFe層14aは、それぞれ両端部において電極
膜12a及び電極膜12bと電気的に接触している。
Referring to FIG. 11A, next, a resist film 13 is formed on the substrate 10 and the electrode films 12a and 12b. Referring to FIG. 11B, next, by a normal photolithography method, the resist film 13 is patterned so as to leave only both ends thereof, to form resist films 13a and 13b. Next, referring to FIG. 11C, a NiFe layer (film thickness 500Å) 14, a SiO 2 layer (film thickness 50Å) 15, N
The iFe layer (film thickness 500Å) 16 is sequentially laminated and formed. Next, referring to FIG. 11D, the resist films 13a and 13b are lifted off, so that the NiFe layer 14a and the SiO 2 layer 15 are formed between the electrode films 12a and 12b.
A laminated film in which a and the NiFe layer 16a are laminated is formed. The NiFe layer 14a is in electrical contact with the electrode film 12a and the electrode film 12b at both ends.

【0030】なお、NiFe層14を形成する際には、
一定方向に磁場をかけて形成し、これによって薄膜の磁
気モーメントを一定方向に揃えた状態で形成する。また
NiFe層16を形成する際には、逆方向に磁場を印加
して薄膜を形成し、これによって磁気モーメントを逆方
向に配向させて形成する。以上のようにして、NiFe
層14とNiFe層16とは、薄膜形成直後の状態で磁
気モーメントが反平行の状態となる。
When the NiFe layer 14 is formed,
It is formed by applying a magnetic field in a certain direction, whereby the magnetic moment of the thin film is formed in a uniform direction. When the NiFe layer 16 is formed, a magnetic field is applied in the opposite direction to form a thin film, whereby the magnetic moment is oriented in the opposite direction. As described above, NiFe
The magnetic moments of the layer 14 and the NiFe layer 16 are antiparallel to each other immediately after the thin film is formed.

【0031】図12(a)を参照して、次にNiFe層
16aの上にレジスト膜17を形成する。次に図12
(b)を参照して、フォトリソグラフィー法により、レ
ジスト膜の中央部を除去して周辺部のみを残し、レジス
ト膜17aとする。次に、図12(c)を参照して、レ
ジスト膜17a並びにNiFe層16aの上にAu電極
膜18(膜厚200Å)を形成する。次に、図12
(d)を参照して、NiFe層16a上のレジスト膜1
7aをリフトオフすることにより、中央部にAu電極膜
からなる電極膜18aを形成する。
Referring to FIG. 12A, next, a resist film 17 is formed on the NiFe layer 16a. Next, FIG.
Referring to (b), the resist film 17a is formed by removing the central portion of the resist film and leaving only the peripheral portion by photolithography. Next, with reference to FIG. 12C, an Au electrode film 18 (film thickness 200Å) is formed on the resist film 17a and the NiFe layer 16a. Next, FIG.
Referring to (d), the resist film 1 on the NiFe layer 16a
By lifting off 7a, an electrode film 18a made of an Au electrode film is formed in the central portion.

【0032】図13は、図12(d)示す本実施例の磁
気スピン素子の上方からみた平面図である。図13に示
すように、電極膜12a及び12bが基板10の両端部
において帯状に形成されており、電極膜18aがNiF
e層16a上の中央部に形成されている。
FIG. 13 is a plan view of the magnetic spin element of this embodiment shown in FIG. 12 (d) as seen from above. As shown in FIG. 13, the electrode films 12a and 12b are formed in a strip shape at both ends of the substrate 10, and the electrode film 18a is made of NiF.
It is formed in the central portion on the e layer 16a.

【0033】以上のようにして、本実施例の磁気スピン
素子を製造することができる。図12(d)に示す磁気
スピン素子において、NiFe層16aは第1の磁性体
に相当し、SiO2 層15aは中間層としての絶縁層に
相当し、NiFe層14aは第2の磁性体に相当する。
また、電極膜18aは第1の電極端子に相当し、電極膜
12a及び12bはそれぞれ第2の電極端子及び第3の
電極端子に相当する。
The magnetic spin element of this embodiment can be manufactured as described above. In the magnetic spin element shown in FIG. 12D, the NiFe layer 16a corresponds to the first magnetic body, the SiO 2 layer 15a corresponds to the insulating layer as the intermediate layer, and the NiFe layer 14a corresponds to the second magnetic body. Equivalent to.
The electrode film 18a corresponds to the first electrode terminal, and the electrode films 12a and 12b correspond to the second electrode terminal and the third electrode terminal, respectively.

【0034】NiFe層14aと、NiFe層16aと
は、上述のように、薄膜形成の際に互いに逆方向の磁場
を印加しているので、それらの磁気モーメントの方向は
互いに反平行状態となっている。
As described above, since the NiFe layer 14a and the NiFe layer 16a apply magnetic fields in mutually opposite directions during thin film formation, the directions of their magnetic moments are antiparallel to each other. There is.

【0035】従って、図12(d)に示す状態において
は、電極膜18aと電極膜12aの間に電圧を印加して
も、NiFe層14aとNiFe層16aの磁気モーメ
ントの方向が反平行状態であるため、電流が流れず、非
導通の状態となっている。
Therefore, in the state shown in FIG. 12D, even if a voltage is applied between the electrode film 18a and the electrode film 12a, the directions of the magnetic moments of the NiFe layer 14a and the NiFe layer 16a are antiparallel. Because of this, no current flows and it is in a non-conducting state.

【0036】次に、電極膜12aと電極膜12bの間に
電圧を印加し電流を流すと、NiFe層14aに磁場が
印加され、磁気モーメントの方向が転移し、NiFe層
16aの磁気モーメントの方向と同じ方向に揃い平行状
態となる。このように磁気モーメント方向が互いに平行
状態となると、上述のようにフェミル準位の電子スピン
の方向が揃い電子の移動が可能となり、NiFe層16
aと14aの間でSiO2 層15aを通り電子が流れ
る。従って、電極膜18aと12aの間で電流が流れ導
通状態となる。
Next, when a voltage is applied between the electrode film 12a and the electrode film 12b to flow a current, a magnetic field is applied to the NiFe layer 14a, the direction of the magnetic moment is changed, and the direction of the magnetic moment of the NiFe layer 16a is changed. Are aligned in the same direction as and become parallel. When the magnetic moment directions are parallel to each other in this way, as described above, the electron spin directions of the Femil level are aligned, and the electrons can move.
Electrons flow through the SiO 2 layer 15a between a and 14a. Therefore, a current flows between the electrode films 18a and 12a to establish a conductive state.

【0037】図15は、上記実施例の電圧−電流特性を
示す図である。電極膜18a,12a間にmVの電圧を
印加し、電極膜12a,12b間の電圧を図15に示す
ように徐々に増大させながら電極膜18a,12a間を
流れる電流値を測定した。図15に示すように、0.7
Vまではほとんど電流が流れず、0.7Vを超えると徐
々に電流が流れ出し、1Vに達すると急激に電流値が増
大した。電極膜12a,12b間の電圧を低下させてい
くと、図15に示すように、僅かながら電流値は減少す
るが、依然として高い電流値を保持した状態であった。
従って、一旦、磁気モーメントの方向が揃うと、その導
通状態が保持された状態となる。
FIG. 15 is a diagram showing the voltage-current characteristics of the above embodiment. A voltage of mV was applied between the electrode films 18a and 12a, and the current value flowing between the electrode films 18a and 12a was measured while gradually increasing the voltage between the electrode films 12a and 12b as shown in FIG. As shown in FIG. 15, 0.7
Almost no current flowed up to V, and when 0.7 V was exceeded, the current gradually flowed, and when it reached 1 V, the current value rapidly increased. When the voltage between the electrode films 12a and 12b was decreased, the current value slightly decreased as shown in FIG. 15, but the high current value was still maintained.
Therefore, once the directions of the magnetic moments are aligned, the conductive state is maintained.

【0038】次に、電極膜12a,12b間に先程とは
逆の極性の電圧を印加すると、電流値が0となり、再び
非導通の状態となった。これは、NiFe層14aの磁
気モーメントが再び反平行状態になったためである。
Next, when a voltage having the opposite polarity to that described above was applied between the electrode films 12a and 12b, the current value became 0, and the state of non-conduction was restored. This is because the magnetic moment of the NiFe layer 14a became antiparallel again.

【0039】図14は、本発明に従う他の実施例の磁気
スピン素子を示す平面図である。本実施例では、図12
(d)示す積層構造の部分を、細線構造としている。図
14に示すように、両側には電極膜22a,22bが設
けられており、これらの間に細線構造の積層膜20が溝
30を介して複数平行に配列されている。またそれぞれ
の積層膜20の、最下層のNiFe層は、それぞれ電極
膜22a,22bと電気的に接触している。最上層のN
iFe層26aの中央部には、第1の電極端子となる電
極膜28aが設けられている。本実施例のように、第1
の磁性体及び第2の磁性体を細線構造とすることによ
り、それぞれの磁気モーメントが細線構造の長手方向に
揃い易くなる。従って、それぞれの磁性体における磁気
モーメントの方向が、よりデジタル的に平行状態または
反平行状態を実現するようになる。本発明においては、
磁性体の磁気モーメントの方向は平行状態と反平行状態
の2つであることに制限されるものではないが、スイッ
チング素子としてオン/オフ特性を向上させるために
は、このような平行状態と反平行状態がデジタル的に実
現されることが好ましい。
FIG. 14 is a plan view showing a magnetic spin element of another embodiment according to the present invention. In this embodiment, FIG.
The portion of the laminated structure shown in (d) has a thin wire structure. As shown in FIG. 14, electrode films 22a and 22b are provided on both sides, and a plurality of thin film-structured laminated films 20 are arranged in parallel with each other with a groove 30 interposed therebetween. Further, the lowermost NiFe layer of each laminated film 20 is in electrical contact with the electrode films 22a and 22b, respectively. N of the top layer
An electrode film 28a serving as a first electrode terminal is provided in the center of the iFe layer 26a. As in this embodiment, the first
By making the magnetic body and the second magnetic body have a thin wire structure, respective magnetic moments are easily aligned in the longitudinal direction of the thin wire structure. Therefore, the directions of the magnetic moments in the respective magnetic bodies can be digitally realized in parallel or antiparallel. In the present invention,
The direction of the magnetic moment of the magnetic body is not limited to the two directions of the parallel state and the antiparallel state. The parallel state is preferably realized digitally.

【0040】図16は、本発明の従うさらに他の実施例
の磁気スピン素子を示す模式図である。上記実施例にお
いては、第1の磁性体と第2の磁性体として同じ材質の
ものを用いている。本発明の磁気スピン素子において
は、上述のように、第1の磁性体と第2の磁性体は異な
る材質であってもよい。図16に示す実施例では、第1
の磁性体1に他の磁性体8を磁気的に結合させることに
より、第1の磁気特性を制御している。一般に、第1の
磁性体と第2の磁性体のフェミル準位を揃えるために
は、両方共に同じ材質であることが好ましいので、一方
の磁気的特性を他方のものと異ならせるためには、この
ように別体の磁性体を磁気的に結合させてその磁気特性
を制御することができる。
FIG. 16 is a schematic view showing a magnetic spin element of still another embodiment according to the present invention. In the above embodiment, the same material is used as the first magnetic body and the second magnetic body. In the magnetic spin element of the present invention, as described above, the first magnetic body and the second magnetic body may be made of different materials. In the embodiment shown in FIG. 16, the first
The first magnetic characteristic is controlled by magnetically coupling the other magnetic body 8 to the magnetic body 1. Generally, in order to make the first magnetic substance and the second magnetic substance have the same Femil level, it is preferable that both are made of the same material. Therefore, in order to make one magnetic characteristic different from the other, In this way, the magnetic characteristics of the separate magnetic body can be controlled by magnetically coupling them.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように、本発明に従う磁気スピン
素子は、接合した磁性体のうちの一方の磁気モーメント
の方向を他方の磁気モーメントに対し変化させることに
より、磁性体間の導通状態及び非導通状態を実現するこ
とができる。従って、従来の半導体のトランジスタ等と
同様に、整流素子、増幅素子、スイッチング素子などの
電気的制御素子として用いることができる。
As described above, in the magnetic spin element according to the present invention, by changing the direction of the magnetic moment of one of the joined magnetic bodies with respect to the other magnetic body, the conduction state between the magnetic bodies and A non-conduction state can be realized. Therefore, it can be used as an electrical control element such as a rectifying element, an amplifying element, and a switching element, like the conventional semiconductor transistor and the like.

【0042】また、本発明の磁気スピン素子は、一旦導
通状態または非導通状態を実現すると、その状態を維持
することができるので、メモリー素子としても用いるこ
とができる。
Further, the magnetic spin element of the present invention can be used as a memory element because it can maintain the conductive state or the non-conductive state once it is realized.

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

【図1】本発明の磁気スピン素子の非導通状態を示す模
式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a non-conducting state of a magnetic spin element of the present invention.

【図2】図1の状態における電子スピン準位を示す図。FIG. 2 is a diagram showing electron spin levels in the state of FIG.

【図3】本発明の磁気スピン素子の導通状態を示す模式
図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a conducting state of the magnetic spin element of the present invention.

【図4】図1の状態における電子スピン準位を示す図。FIG. 4 is a diagram showing electron spin levels in the state of FIG.

【図5】本発明に従う磁気スピン素子の一実施例におけ
る非導通状態を示す模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a non-conducting state in one embodiment of the magnetic spin device according to the present invention.

【図6】図5に示す実施例における電子スピンのエネル
ギー準位を示す図。
6 is a diagram showing energy levels of electron spins in the example shown in FIG.

【図7】本発明に従う磁気スピン素子の一実施例におけ
る導通状態を示す模式図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a conducting state in one embodiment of the magnetic spin device according to the present invention.

【図8】図7に示す実施例における電子スピンのエネル
ギー準位を示す図。
8 is a diagram showing energy levels of electron spins in the example shown in FIG. 7. FIG.

【図9】本発明に従う磁気スピン素子の3端子構造を示
す模式図。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a three-terminal structure of the magnetic spin element according to the present invention.

【図10】本発明に従う実施例の磁気スピン素子の製造
工程を示す断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic spin element of the example according to the present invention.

【図11】本発明に従う実施例の磁気スピン素子の製造
工程を示す断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic spin element of the example according to the present invention.

【図12】本発明に従う実施例の磁気スピン素子の製造
工程を示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the magnetic spin element of the example according to the present invention.

【図13】図12(d)示す実施例の磁気スピン素子の
平面図。
FIG. 13 is a plan view of the magnetic spin element according to the example shown in FIG.

【図14】本発明に従う他の実施例の磁気スピン素子を
示す平面図。
FIG. 14 is a plan view showing a magnetic spin element of another embodiment according to the present invention.

【図15】本発明に従う実施例の電圧−電流特性を示す
図。
FIG. 15 is a diagram showing voltage-current characteristics of an example according to the present invention.

【図16】本発明に従うさらに他の実施例の磁気スピン
素子を示す模式図。
FIG. 16 is a schematic diagram showing a magnetic spin element of still another embodiment according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の磁性体 2…第2の磁性体 1a,2a,2b,2c…電極端子 3…接合面 4…絶縁層 5…第1の電極端子 6…第2の電極端子 7…第3の電極端子 1 ... the first magnetic body 2 ... second magnetic body 1a, 2a, 2b, 2c ... Electrode terminals 3 ... Bonding surface 4 ... Insulating layer 5 ... First electrode terminal 6 ... Second electrode terminal 7 ... Third electrode terminal

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−18118(JP,A) 特開 平6−97531(JP,A) 特開 平4−13014(JP,A) 特開 平5−63254(JP,A) 特開 平6−84347(JP,A) 特開 平8−249875(JP,A) 特表 平8−510095(JP,A) 国際公開95/010112(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 43/08 G01R 33/09 G11B 5/39 Continuation of front page (56) References JP-A-8-18118 (JP, A) JP-A-6-97531 (JP, A) JP-A-4-13014 (JP, A) JP-A-5-63254 (JP , A) JP-A-6-84347 (JP, A) JP-A-8-249875 (JP, A) JP-A-8-510095 (JP, A) International Publication 95/010112 (WO, A1) (58) Survey Areas (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 43/08 G01R 33/09 G11B 5/39

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 直接にまたは中間層を介して接合された
第1の磁性体及び第2の磁性体と、 前記第1の磁性体と前記第2の磁性体の間の接合面を通
り電流を流すため、前記第1の磁性体上に設けられる第
1の電極端子及び前記第2の磁性体上に設けられる第2
の電極端子と、前記第2の磁性体 に磁場を印加するため前記第2の磁性
体上に設けられる第3の電極端子および第4の電極端子
とを備え 前記第3の電極端子と前記第4の電極端子との間に電流
を流すことにより、前記磁場を印加することを特徴とす
る磁気スピン素子。
1. A current passing through a first magnetic body and a second magnetic body, which are directly or through an intermediate layer, and a joint surface between the first magnetic body and the second magnetic body. To flow the first magnetic material on the first magnetic body.
A second electrode provided on the first electrode terminal and the second magnetic body;
The second magnetic to the applied to the electrode terminal, a magnetic field to the second magnetic body
And a third electrode terminal and the fourth electrode terminal provided on the body <br/>, current between said third electrode terminal and the fourth electrode terminal
A magnetic spin element characterized in that the magnetic field is applied by flowing a magnetic field .
【請求項2】 前記第4の電極端子は、前記第2の電極
端子と共通の端子として使用される請求項1に記載の
気スピン素子。
2. The fourth electrode terminal is the second electrode.
The magnetic spin element according to claim 1, which is used as a terminal common to the terminal .
【請求項3】 前記中間層が絶縁層である請求項1また
は2に記載の磁気スピン素子。
3. The magnetic spin element according to claim 1, wherein the intermediate layer is an insulating layer.
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