JP3767930B2 - 情報の記録・再生方法および情報記憶装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、第１および第２の強磁性体層を含み、磁界の印加条件によって抵抗値が第１の抵抗値または第２の抵抗値となり、然も、磁気抵抗曲線がヒステリシス特性を示す情報記録部と、電流が供給されそれにより前記磁界を形成する電極と、を具えた磁気メモリ素子における情報記録・再生方法とその実施に好適な情報記憶装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ： Giant Magnetoresistance）効果を利用した磁気メモリ素子の一例およびこの素子における情報の記録・再生方法が、例えば文献Ｉ（ジャパニーズ ジャーナル アプライド フィジックス (Jpn.J.Appl.Phys.)Vol.34(1995)pp.L415-L417）に開示されている。この素子は、基板と、この基板上に形成された情報記録部と、該情報記録部上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された磁界形成用電極と、情報記録部両端に形成され該記録部の抵抗値検出用電極と、を具えたものであった。ここで情報記録部は、保磁力の異なる第１および第２の強磁性体層（NiFeCoおよびCoPt）と非磁性体層（Cu）とを［｛CoPt/Cu/NiFeCo｝／Cu］のごとく積層した単位構造をさらに複数積層したＧＭＲ層で、構成されている。また、この情報記録部の磁化曲線および磁気抵抗曲線は、模式的にはそれぞれ、図１５（Ａ）および（Ｂ）の様なものとなる。ただし、図１５（Ａ）において１１は上記積層単位の要部を示し、また１１ａ，１１ｂ，１１ｃはこの順でいってNiFeCo層、Cu層、CoPt層をそれぞれ示す。磁化曲線は２つの強磁性体層１１ａ，１１ｃの保磁力差に起因してステップ状となっている。また、ある磁界強度範囲（図１５（Ａ）のｂ及びｄ）において各強磁性体層１１ａ，１１ｃの磁化方向は逆向きとなり、このとき、情報記録部１１の抵抗値は大きくなる（図１５（Ｂ）のｂ，ｄ参照）。一方、上記磁界強度範囲を越える磁界（図１５（Ａ）のａ及びｃ）において各強磁性層１１ａ，１１ｃの磁化方向は同じ向きとなり、このとき、情報記録部の抵抗値は小さくなる。
【０００３】
また、この文献Ｉでは磁気メモリ素子への情報の記録は、磁界形成用電極に大きな電流を流すことにより漏洩磁界を発生させて行っている。具体的には、記録させたい情報状態が「１」か「０」かに応じ、＋Ｈまたは−Ｈの大きな磁界をＧＭＲ層に印加して、図１５（Ａ）におけるａまたはｃの磁化状態（すなわちＧＭＲ層の抵抗値としては、状態「１」、状態「０」いずれも低抵抗状態）を形成し記録を行っている（例えば文献Fig.4(a)）。また、情報の再生は、磁界形成用電極に記録時よりも小さなパルス状の電流を流すことによりＧＭＲ層に−ｈから＋ｈに変化するようなパルス状の磁界を印加する（例えば文献Fig.4(b)）。具体的には、図１５（Ａ）のｃの磁化状態（情報状態「０」）にある場合、パルス状の電流を電極に流すことでＧＭＲ層に−ｈから＋ｈに変化するパルス磁界を印加する。するとＧＭＲ層の磁化状態は−ｈにおいてｃ状態のままであり＋ｈにおいてｄ状態となるので、結局、ＧＭＲ層の抵抗値は、低抵抗状態ｃ（図１５（Ｂ））から高抵抗状態ｄに変化する。一方、図１５（Ａ）のａの磁化状態（情報状態「１」）にある場合、情報再生のためのパルス状の電流を電極に流すことでＧＭＲ層に−ｈから＋ｈに変化するパルス磁界を印加する。すると、ＧＭＲ層の磁化状態は−ｈにおいてｂ状態になり＋ｈにおいて再びａ状態に戻るので、結局、ＧＭＲ層の抵抗値は、高抵抗状態ｂ（図１５（Ｂ））から低抵抗状態ａに変化する。ＧＭＲ層の抵抗値をモニターしながら上記の様に電極にパルス状の電流を流すと、このＧＭＲ層の抵抗値の変化パターンは、ＧＭＲ層の記録状態が「０」か「１」かによって上記のごとく異なってくるので、この抵抗値の変化パターンの違いにより情報の再生が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の情報記録・再生方法では、情報再生の際にも磁界形成用電極にパルス状の再生電流を流す必要があるため、情報の記録・再生時の消費電流が多くなってしまうという問題点があった。また、情報再生の際にパルス状の再生電流を電極に流し、そしてこれに応答するＧＭＲ層の抵抗値の変化パターンを検出する必要があるので、情報の再生に要する時間がその分長くなってしまう（高速動作が制約される）という問題点があった。そこで、従来に比べ情報再生の際の消費電力の低減が図れ、かつ、高速での情報再生動作が可能な情報の記録・再生方法およびその実施に好適な情報記憶装置の実現が望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、この出願の第一発明の情報の記録・再生方法によれば、第１および第２の強磁性体層を含み、磁界の印加条件によって前記第１および第２の強磁性体層の磁化方向が同じかまたは逆となり、該磁化方向に応じて第１の抵抗値または第２の抵抗値を示し、然も、磁気抵抗曲線がヒステリシス特性を示す情報記録部と、電流が供給されそれにより前記磁界を形成する電極と、を具えた磁気メモリ素子（以下、「所定の磁気メモリ素子」と略称することもある。）への情報記録および該素子からの情報再生を行なうに当たり、
所定の磁気メモリ素子を２個用いて情報の記憶単位を構成すると共に、
前記記憶単位への情報記録は、(i) 前記記憶単位における一方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給するか、(ii)前記一方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給するか、 (iii) 前記２個の磁気メモリ素子それぞれの情報記録部の抵抗値を同じ値に固定する磁界を形成し得る電流をこれら磁気メモリ素子それぞれの電極に供給するかのいずれかを、記録させたい情報状態に応じて実行することにより行ない、
前記記憶単位からの情報の再生は、前記２個の磁気メモリ素子それぞれに固定される抵抗値の差分を検出することにより行なうことを特徴とする。
なお、この第一発明において、抵抗値を同じ値に固定するという上記 (iii) の条件は、抵抗値を全く同じ値に固定する場合はもちろんのこと、両者がある許容値をもって同じ値になる場合も含む（以下の装置発明において同じ）。
【０００６】
なお、ここでいう第１の抵抗値は、第２の抵抗値との違いが検出できるなら絶対値に限られるものではなくある範囲内において記録時ごとに異なる値でも良く、第２の抵抗値も同様に絶対値に限られるものではなくある範囲内において記録時ごとに異なる値でも良い（以下の各発明において同じ。）。また、抵抗値を検出してとは、抵抗値を他の物理量例えば電圧または電流として検出する場合でも良い。
【０００７】
この第一発明によれば、情報再生の際は、磁界形成用の電極に再生電流を流す必要は無く、情報記録部の抵抗値を検出するための電流のみで済む。そのため、情報再生時の消費電流を従来に比べ少なく出来るから、その分、情報の記録・再生での消費電力の低減が図れる。また、情報再生に当たって、従来は磁界形成用の電極にパルス状の再生電流を流してそれに応じて生じる情報記録部での抵抗値の変化パターンを検出するという一連の処理が必要であったのに対し、この発明では情報記録部の抵抗値を単に検出するのみで済む。このため、従来に比べ、情報の再生動作の高速化が図れる。
【０００９】
この第一発明によれば、上述の作用・効果が得られると共に、以下の様な別の作用・効果も得られる。
【００１０】
第一発明では、１つの記憶単位を２個の所定の磁気メモリ素子で構成し、かつ、これら所定の磁気メモリ素子それぞれの情報記録部に固定される抵抗値の大小関係が記憶したい「０」または「１」に応じて逆転するように、抵抗値を固定し、そして、これら固定された抵抗値の差分をとる。ここでこの差分は、記録された情報が「０」か「１」かによって、プラスまたはマイナスの値を示すので、これらプラス／マイナスの情報により記録情報が「０」なのか「１」なのかが判定できる。しかも、２個の磁気メモリ素子が同様な設計のものであるなら両者が示す抵抗値の両者間における再現性（相対的な再現性）は高いと考えられるから、両者が示す抵抗値の差分の再現性は高いといえ、したがって、より信頼性の高い情報再現が可能になる。
【００１２】
さらに、この第一発明によれば、上述の作用・効果が同様に得られると共に、以下の様な別の作用・効果も得られる。すなわち、２個の所定の磁気メモリ素子それぞれの情報記録部に固定される抵抗値の大小関係として、一方が他方より大きい場合と、一方が他方より小さい場合と、双方が同じ場合の、３つの関係が設定できる。そして、このように固定された抵抗値の差分としては、上記の抵抗値の大小関係に対応して、プラス、マイナスおよび０（差なし）の３つの結果が得られる。したがって、この第一発明によれば、記録状態として３つの状態を情報記録部に書き込めるから、記憶容量の大きな情報記録ができる。
【００１４】
また、この出願の第二発明によれば、所定の磁気メモリ素子を２個用いて構成された情報の記憶単位を少なくとも１個と、記録させたい情報に応じ該記憶単位の２個の磁気メモリ素子それぞれの電極に上記の(i) の条件、(ii)の条件または(iii) の条件で電流を供給して情報を記録する情報記録手段と、所定の情報再生手段とを具える。このため、第一発明を容易に実施できる情報記憶装置が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある。また、各図において同様な構成成分については同一の番号を付して示してある。
【００１６】
１．所定の磁気メモリ素子の説明
はじめに、この出願の各発明で用いる所定の磁気メモリ素子のいくつかの例について説明する。
【００１７】
１−１．スピンバルブタイプの磁気メモリ素子
先ず、図１〜図３を参照して、所定の磁気メモリ素子の１例として、保磁力が同じ第１および第２の強磁性体層と反強磁体層とを含む磁気メモリ素子２０（これを、以下、「スピンバルブタイプの磁気メモリ素子」と称することもある。）の一例を説明する。ここで、図１（Ａ）はこの磁気メモリ素子２０の全体図、図１（Ｂ）は該素子２０に備わる情報記録部２３の要部の説明図である。このスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０は、基板２１と、該基板２１上に設けられた情報記録部２３と、該情報記録部２３上に設けられた絶縁層２５と、該絶縁層２５上に設けられた磁界形成用電極２７と、情報記録部２３の両端にそれぞれ設けられ該情報記録部２３の抵抗値検出用電極２９とを具えた構造となっている。ここで情報記録部２３は、スピンバルブ・タイプの巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）層で構成してある。具体的には、第１の強磁性体層２３ａと、非磁性体層２３ｂと、第２の強磁性体層２３ｃと、反強磁性体層２３ｄとをこの順番で積層した積層単位２３ｘ（図１（Ｂ）参照）をさらに複数層積層したＧＭＲ層で構成してある。ただし、積層単位２３ｘが１層の場合のスピンバルブ・タイプのＧＭＲ層で情報記録部２３を構成する場合があっても良い。
【００１８】
このスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０では、電極２７に電流を流すことで磁界を発生させて、情報記録部に磁界（漏洩磁界）を印加できる。然も、電極２７に流す電流の向き（図１に矢印で示す。）および大きさを変えることによって、情報記録部２３に印加する磁界の大きさおよび向きを変えることが出来る。そしてこの素子２０では、情報記録部２３における第１の強磁性体層２３ａおよび第２の強磁性体層２３ｃそれぞれの磁化の方向は、該情報記録部２３に印加される上記磁界の強度および向きに対して、以下に図２（Ａ）を用いて説明するように変化する。さらにこの素子２０では、印加磁界の強度および向きに対し情報記録部２３の抵抗値は以下に図２（Ｂ）を用いて説明するように変化する。ただし、説明に用いるこの図２では、反強磁性体層２３ｄは磁化方向が図２の左から右向きのものである例を示している。さらに、この図２では、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃそれぞれが初期状態において左向きに磁化されている状態（図２の（ａ）の状態）からの、印加磁界変化に対する磁化の変化および抵抗値の変化の様子を示している。なお、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃを上記（ａ）の状態に磁化するには、情報記録部２３に対し磁界の向きが図２の右から左である磁界であって反強磁性体層２３ｄに起因する磁界を打ち負かして第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃを左向きに磁化し得るような初期化磁界を予め印加することで行なえる。このような初期化磁界は、外部磁界でも、電極２７に大電流を流して形成される磁界でも良い。
【００１９】
図２に示したように、図２中の（ａ）の状態では、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化の方向は同じであり、このような場合、情報記録部２３は第１の抵抗値を示す（図２（Ｂ）の状態（ａ））。次に、この（ａ）の状態にある情報記録部２３に対し左向きの磁界すなわち磁界の向きが第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの現在の磁化の方向と同じである磁界を印加した場合および強度がこれら層２３ａ，２３ｃの磁化方向を変え得る程には大きくない右向きの磁界を印加した場合は、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向は変化しない（図２（Ａ）の状態（ｂ）参照）。したがって、情報記録部２３は第１の抵抗値を示したままである（図２（Ｂ）の状態（ｂ））。次に、情報記録部２３に対し、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃのいずれか一方のみを現在の磁化方向とは反対方向に磁化し得る程度の強度の右向きの磁界を印加する。この場合は、反強磁性体層２３ｄが右向きに磁化されているためこの層に接している第２の強磁性体層２３ｃの方が右方向に磁化され易くなるから、そのためここでは強度Ｈ+Wの範囲の磁界によって第２の強磁性体層２３ｃの磁化方向が右方向に反転し、この結果、第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向は逆になる（図２（Ａ）の状態（ｃ））。第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向が逆向き状態の場合の情報記録部２３は、第１の抵抗値より大きな第２の抵抗値を示す（図２（Ｂ）の状態（ｃ））。次に、情報記録部２３に対し、上記Ｈ+Wより大きな右向きの磁界を印加する。すると、第１の強磁性体層２３ａもこの磁界の影響を受けるようになるため、この第１の強磁性体層２３ａも右向きに磁化され、その結果、第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃは今度は磁化方向が右向き状態で同じ向きになる（図２（Ａ）の状態（ｄ））。したがって、情報記録部２３の抵抗値は第１の抵抗値に戻る（図２（Ｂ）の状態（ｄ））。共に右向きに磁化された第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃは、情報記録部２３に対して右向きの磁界が印加されたり強度が弱い左向きの磁界（後述の強度がＨ-Wに至らない磁界）が印加された場合は、上記の（ａ）−（ｂ）の過程の場合と同じ理由で、磁化方向は変化せず（図２の状態（ｅ））、そのため、情報記録部の抵抗値も第１の抵抗値のままとなる（図２（Ｂ）の状態（ｅ））。次に、情報記録部２３に対し、左向きの磁界であって第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃのいずれか一方のみを現在の磁化方向とは反対方向に磁化し得る程度の強度の磁界Ｈ-Wを印加する。この場合は、反強磁性体２３ｄの磁化方向に逆らうことになるので、先のＨ+Wに比べ大きな強度の磁界Ｈ-Wが必要になる。すなわち、Ｈ+Wの範囲が始まる磁界ＨA に比べＨ-Wの範囲が始まる磁界ＨB の方が絶対値が大きい磁界になる（図２（Ｂ）参照）。また、この磁界Ｈ-Wの印加においては第１及び第２の強磁性体２３ａ，２３ｃのうちの、反強磁性体層２３ｄから遠い位置にある第１の強磁性体層２３ａの磁化方向が右から左に反転する（図２（Ａ）の状態（ｆ））。この結果、第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向は逆向きになるので、情報記録部２３の抵抗値は第２の抵抗値に変化する（図２（Ｂ）の状態（ｆ））。次に、情報記録部２３にさらに大きな左向きの磁界を印加すると、第２の強磁性体層２３ｃの磁化方向も右から左に反転する。このため、第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向は同じ向きになるので、情報記録部２３の抵抗値は第１の抵抗値に戻る。
【００２０】
上述の説明から分かるように、上述のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０では、電極２７に流す電流で形成される磁界の向きおよび大きさ次第で（すなわち電極２７に流す電流の大きさおよび向き次第で）第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向が同じかまたは逆となる。さらにその磁化方向に応じて情報記録部２３は第１の抵抗値または第２の抵抗値を示し、かつ、磁化抵抗曲線はヒステリシス特性を示すものとなる。然も、印加磁界の向きが右向きの場合での磁化抵抗曲線と、印加磁界の向きが左向きの場合での磁化抵抗曲線とは異なる（Ｈ+w、Ｈ-Wが異なる）ものになる。
【００２１】
次に、上述のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０の具体的な構成例およびその特性を説明する。基板２１をＭｇＯ基板で構成し、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃをＣｏ層により構成し、非磁性体層２３ｂをＣｕ層により構成し、反強磁性体層２３ｄをＦｅ50Ｍｎ50合金層により構成し、絶縁層２５をＳｉＯ2 層により構成する。なお、これらＣｏ層、Ｃｕ層、ＦｅＭｎ合金層およびＳｉＯ2 層はスパッタ法により形成する。また、各層の厚さは、例えば、Ｃｏ層を６０Å、Ｃｕ層を２８Å、ＦｅＭｎ合金層を２１０Å、ＳｉＯ2 層を０．５μｍとする。これらＣｏ層、Ｃｕ層、Ｃｏ層およびＦｅＭｎ合金層で構成される積層単位を１層とするか複数層とするかは、設計に応じ決めれば良い。このような構成としたスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０の磁気抵抗特性を直流４端子法により測定した結果は、例えば図３に示したようになる。すなわち、図２を用いて説明したと同様、ヒステリシス特性をもつ磁化抵抗曲線になる。これについていま少し説明する。
【００２２】
図３のグラフの横軸は磁界の強度（Ｏｅ）を表し、縦軸は媒体の電気抵抗率の増加率を示している。ただし、この増加率は、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化の方向が同じとなっているときの電気抵抗を基準としている。この具体例のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子では、図２に示したＨ+Wに当たる磁界強度は、約３０〜約１１０Ｏｅの範囲となり、Ｈ-Wに当たる磁界強度は約−１００〜−２００Ｏｅの範囲となることが、図３から分かる。さらに、第１の抵抗値に対し第２の抵抗値は約５％増加することが、図３から分かる。耐ノイズ性を考えると、Ｈ+WやＨ-Wは磁界０からある程度離れた強度範囲にあることが好ましい。一方、Ｈ+WやＨ-Wが磁界０からあまり離れた強度範囲であると、消費電流の点で好ましくない。また、制御性の点でＨ+WやＨ-Wはある程度の強度範囲も持つすなわちこれら範囲が磁気抵抗曲線において矩形状の特性を示すのが好ましい。これらの点から、この具体例のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子は、この発明でいう所定の磁気メモリ素子として好ましい。
【００２３】
なお、上記の具体例では、情報記録部２３をFeMn/Co/Cu/Co の積層構造を用いて構成した例を説明したがこれに限るものではない。例えば、強磁性体層２３ａ，２３ｃの材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの合金等を用いることができる。また、反強磁性体層２３ｄの材料としては、ＮｉＯやＣｏＯ等を用いることができる。また、非磁性体層２３ｂの材料としては、ＡｇやＣｒ等を用いることができる。例えば、これらの材料を組合せて構成される素子、例えば[NiO/Co/Cu/Co]の積層構造または[FeMn/Fe/Cr/Fe] の積層構造を用いて情報記録部２３を構成した磁気メモリ素子もスピンバルブタイプの磁気メモリ素子となり得る。
【００２４】
１−２．異保磁力タイプの磁気メモリ素子
次に、図４および図１５を参照して、所定の磁気メモリ素子の他の例として、保磁力が異なる第１および第２の強磁性体層を含む磁気メモリ素子３０（以下、「異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０」と称することもある。）の一例を説明する。文献Ｉに開示されている磁気メモリ素子も、このタイプの素子に相当する。ここで、図４（Ａ）は異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の全体図、図４（Ｂ）は該素子３０に備わる情報記録部３３の要部の説明図である。この異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０は、基板２１と、該基板２１上に設けられた情報記録部３３と、該情報記録部３３上に設けられた絶縁層２５と、該絶縁層２５上に設けられた磁界形成用電極２７と、情報記録部３３の両端にそれぞれ設けられ該情報記録部３３の抵抗値検出用電極２９と、を具えた構造となっている。ここで情報記録部３３は、第１の非磁性体層３３ａと、第１の強磁性体層３３ｂと、第２の非磁性体層３３ｃと、第１の強磁性体層３３ｂとは保磁力が異なる第２の強磁性体層３３ｄとをこの順番で積層した積層単位３３ｘ（図４（Ｂ）参照）をさらに複数層積層したＧＭＲ層で構成してある。ただし、積層単位３３ｘが１層の場合のＧＭＲ層で情報記録部３３を構成する場合があっても良い。
【００２５】
この異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の場合も、電極２７に電流を流すことで磁界を発生させて、情報記録部３３に磁界（漏洩磁界）を印加できる。然も、電極２７に流す電流の向きおよび大きさを変えることによって、情報記録部３３に印加する磁界の大きさおよび向きを変えることが出来る。そして、磁界の向きを変えることによって第１および第２の強磁性体層３３ｂ，３３ｄの磁化方向が同じかまたは逆となる。さらにこれら強磁性体層３３ｂ，３３ｄの磁化方向が同じか逆かに応じて情報記録部３３は第１の抵抗値または第２の抵抗値を示し、かつ、ヒステリシス特性をもつ磁気抵抗曲線を示す。その磁気抵抗曲線を模式的に示した場合、それは図１５（Ｂ）のようになる。なお、異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の場合は、スピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０が有していた反強磁性体層を有していないので、印加磁界が右向きのときの磁気抵抗曲線と印加磁界が左向のときの磁気抵抗曲線とが、磁界０を中心に対称となる（図１５（Ｂ）参照）。
【００２６】
この異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の具体的な構成例として、例えば、基板３１をガラス基板で構成し、第１および第２の非磁性体層３３ａ，３３ｃをＣｕ層により構成し、第１の強磁性体層３３ｂをＣｏ層により構成し、第２の強磁性体層３３ｄをＮｉＦｅＣｏ合金層により構成し、絶縁層２５をＳｉＯ2 層により構成した素子が挙げられる。或は、高保磁力を示す層３３の構成材料として、ＦｅやＣｏＰｔ等を用いても良い。また、低保磁力を示す層の構成材料としてＦｅＮやＦｅＳｉＡｌ等を用いても良い。また、非磁性体層の構成材料としてＡｇやＣｒ等を用いても良い。例えば、これらの材料を組合せて構成される素子、例えば[{Fe/Ag/FeN}/Ag]の人工格子または[{CoPt/Cr/FeSiAl}/Cr] の人工格子を用いて情報記録部３３を構成した磁気メモリ素子も異保磁力タイプの磁気メモリ素子となり得る。
【００２７】
２．情報の記録・再生方法の説明
２−１．第１の参考例
２−１−１．第１の参考例の第１の形態
まず、第１の参考例の情報の記録・再生方法であって、スピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０に対しての情報の記録・再生方法の第１の形態について、図１〜図３および図５を参照して説明する。ただし、ここでの説明では、スピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０における第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃが、初期化において図２（Ａ）における状態（ｄ）のように磁化されているものとして説明を行なう。
【００２８】
第１の参考例では、磁気メモリ素子２０への情報の記録は、記憶させたい情報状態に応じ、情報記録部２３の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流値あるいは第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流値のいずれかを、磁界形成用電極２７に供給することにより行う。そこで、この第１の形態では、記憶させたい情報状態が例えば「０」の場合は、図２を用いて説明したＨ-Wの強度範囲の磁界が形成できる電流、ここでは図５に示した−Ｈa の磁界が形成出来る電流を磁界形成用電極２７に流し、その後、この電流の供給を停止する。こうすると、−Ｈa の磁界が印加された後にこの磁界が０にされるので（図５中のルート（１））、この磁気メモリ素子２０の情報記録部２３の抵抗値は抵抗値Ｒa （高抵抗値）に固定され保持される。また、記憶させたい情報状態が「１」の場合は、図２を用いて説明したＨ+Wの強度範囲を越える磁界が形成できる電流、ここでは図５に示したＨb の磁界が形成出来る電流を磁界形成用電極２７に流し、その後、この電流の供給を停止する。こうすると、Ｈb の磁界が印加された後にこの磁界が０にされるので（図５中のルート（２））、この磁気メモリ素子２０における情報記録部２３の抵抗値は抵抗値Ｒb （低抵抗値）に固定され保持される。もちろん、情報状態「０」、「１」に対する電流の供給条件を上述の逆としても良い。ここで、図５から、−Ｈa およびＨb は、大きさが同じで磁界の向きが反対である磁界としても良いことが分かる。すなわち、−Ｈa およびＨb を適正な値に選ぶと、磁界形成用の電極２７に流す電流の大きさは同じで向きを逆転させるのみで、「０」、「１」の情報に対応する抵抗値Ｒa またはＲb を情報記録部２３に保持させることが可能になることが分かる。これについて上記の具体例の磁気メモリ素子（図３に示した磁気抵抗特性を示した素子）の場合で考えれば、記録磁界−Ｈa 、Ｈb を、−Ｈa については−１２０〜１９０Ｏｅの範囲のある強度の磁界（例えば−１５０Ｏｅ）とし、Ｈb についてはこの−Ｈa とは逆向きの磁界（例えば１５０Ｏｅ）とすることで、磁界形成用の電極２７に流す電流の向きを逆転させるのみで記録ができる。
【００２９】
一方、情報の再生は、情報記録部２３に固定される抵抗値を抵抗値検出用電極２９を介し測定することで行なう。抵抗値の測定は、任意好適な手段例えば検出用ＩＣで行なえる。また、抵抗値の測定は、抵抗値自体で行なっても良く、或は他のパラメータ例えば電圧で行なっても良い。
【００３０】
２−１−２．第１の参考例の第２の形態
次に、第１の参考例の情報の記録・再生方法であって、異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０に対する情報の記録・再生方法の第２の形態について図４および図６を参照して説明する。ただし、以下の説明では、異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０における第１および第２の強磁性体層３３ｂ、３３ｄが、初期化において図１５（Ａ）における状態（ａ）のように磁化されている例で考える。先ず、情報の記録に当たっては、磁界形成用電極２７にスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０の場合と同様にある所定の電流を供給しそして電流を停止するようにすれば良い。具体的には図６に示したように、磁界−Ｈa を形成し得る電流を供給後それを停止するか（図６中のルート（１））、磁界Ｈb を形成し得る電流を供給後それを停止するか（図６中のルート（２））を、記録させたい情報が「０」か「１」かに応じ行なえば良い。なぜなら、この例の場合は、第１および第２の強磁性体層３３ｂ、３３ｄは初期化において共に右向きに磁化されているので、第１の強磁性体層３３ｂの磁化方向を反転させ得る程度の強度の左向き磁界である−Ｈa の磁界を情報記録部３３に印加すると情報記録部３３の抵抗値はＲb からＲa に変化し、また、Ｒa をＲb に戻すには、第１の強磁性体３３ｂの磁化方向を元に戻し得る程度の強度以上の右向き磁界であるＨb の磁界を情報記録部３３に印加すれば良いからである。一方、情報の再生は、情報記録部３３に固定された抵抗値を検出することで行なえる。
【００３１】
２−２．第２の参考例
２−２−１．第２の参考例の第１の形態
次に、第２の参考例の情報の記録・再生方法の第１の形態について図７を主に参照して説明する。ここで、図７（Ａ）はこの第２の参考例の実施に好適な情報記憶装置の構成を模式的に示した図である。また、図７（Ｂ）は磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの電極２７（図１参照）に供給する電流の向きとこの電流により形成される磁界との関係を示した図である。なお、詳細は後述するが、図７（Ａ）において４１は記憶単位、４３は情報記録手段、４５は情報再生手段をそれぞれ示す。さらに、図７（Ａ）において、４５ａはこの第２の参考例の形態での情報再生手段４５の一構成成分である第１の抵抗検出手段、４５ｂは同じく第２の抵抗検出手段、４５ｃは抵抗検出手段４５ａ，４５ｂの出力を比較するための比較手段をそれぞれ示す。
【００３２】
第２の参考例では、所定の磁気メモリ素子を２個用いて情報の記憶単位４１を構成する。この図７の例の場合は２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂを用いて記憶単位４１を構成した例を示している。またこの第２の参考例では、(i) 記憶単位４１における一方の磁気メモリ素子２０ａの情報記録部の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ａの電極２７（図１参照）に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子２０ｂの情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ｂの電極２７に供給するか、(ii)一方の磁気メモリ素子２０ａの情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ａの電極２７に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極２７に供給するかのいずれかを、記録させたい情報状態に応じて実行する。ここで、上記の(i),(ii)を実現する電流の具体的な供給条件は、２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの情報記録部に対し情報を図２（Ｂ）中のどのルートでの磁界印加条件で記録させるか、および、２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの第１および第２の強磁性体層の磁化方向を初期化時にどのようにするかにより変更出来る。そこでここでは、その一例として、磁界の印加条件を図５を用いて説明したルート（１）およびルート（２）とする例を考える。その場合は２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの第１および第２の強磁性体層の磁化方向がすべて図２の状態（ａ）または状態（ｄ）になるように、初期化磁化をする。そして、両素子２０ａ，２０ｂの強磁性体層すべてを図２の状態（ｄ）になるように初期化磁化をした場合において図７中の磁気メモリ素子２０ａに図５のルート（２）で磁界Ｈb が印加され、かつ、磁気メモリ素子２０ｂに図５のルート（１）で磁界−Ｈa が印加されるように電流を各素子の電極２７（図１参照）に流すと、磁気メモリ素子２０ａは低抵抗値を示し、また磁気メモリ素子２０ｂは高抵抗値を示すようになる。また電流の大きさは同じで向きを上記例とは逆にすると、磁気メモリ素子２０ａは高抵抗値を示し、磁気メモリ素子２０ｂは低抵抗値を示すようになる。なお、このような電流の供給停止はここでは情報記録手段４３により行なう。この情報記録手段は任意好適な回路で構成出来る。２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂへの上記のような電流の供給・停止を、記憶させたい情報状態が「０」か「１」かに応じ行なうことで、２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂには、抵抗値の大小関係が異なる記録状態を形成出来る。
【００３３】
また、情報再生は次のように行なう。一方の磁気メモリ素子２０ａが保持した抵抗値を第１の抵抗検出手段４５ａにより検出し、他方の磁気メモリ素子２０ｂが保持した抵抗値を第２の抵抗検出手段４５ｂにより検出する。この検出結果を比較手段４５ｃは比較し、その比較結果を出力する。２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂが保持する抵抗値の大小関係に応じ、比較手段４５ｃの出力はプラス若しくはマイナスとなるので、記憶されていた情報が何であったかは、この比較手段４５ｃの出力がマイナスかプラスかにより判断できる。なお、第１および第２の抵抗検出手段４５ａ，４５ｂは例えば抵抗検出用のＩＣで構成出来、比較手段は公知の比較回路により構成出来る。
【００３４】
２−２−２．第２の参考例の第２の形態
図７に示した例の場合では記憶単位における２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれを情報記録手段４３と別々の信号線で接続する例を示した。このため図７の例では記憶単位４１に対し２組の信号線が必要であった。しかしこれは特に記憶単位を多数具えた情報記憶装置を構成する場合、信号線の数を増加させるので改善が望まれる。以下、その対策例（第２の形態）について説明する。図８はその説明に供する図であり、図７に対応させて示した図である。この例の場合は、２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの磁界形成用電極に反対向きに電流が流れるような接続関係でこれら電極を直列に接続し、そして該直列に接続した電極と情報記録手段４３とを１組の信号線４３ａを介し接続している。この構成では、ある電流値を信号線４３ａに流すと、２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂにはそれぞれ逆向きに電流が供給される。この結果、一方の磁気メモリ素子２０ａに上記の−Ｈa の磁界を形成する場合は、他方の磁気メモリ素子２０ｂにＨb の磁界を形成でき、また、一方の磁気メモリ素子２０ａに上記のＨb の磁界を形成する場合は、他方の磁気メモリ素子２０ｂに−Ｈa の磁界を形成できるようになるので、信号線数を減らせるにもかかわらず、第１の形態と同様に情報記録が出来る。なお、この第２の形態の場合は、初期化磁化のために信号線４３ａに大電流を流すと、２個の磁気メモリ素子間で強磁性体層の磁化の方向は逆向きとなってしまう。よって、２個の磁気メモリ素子それぞれの強磁性体層の磁化の方向を同じにする初期化磁化は外部磁界により行なう。
【００３５】
２−２−３．第２の参考例の第３、第４の形態
図７および図８を用いて説明した第１、第２の形態において、２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子を異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０にそれぞれ代えた場合も、上記の各形態と同様な効果が得られる。
【００３６】
２−３．第一発明の実施の形態
２−３−１．第一発明の第１の実施の形態
次に、第一発明の情報の記録・再生方法の第１の実施の形態について図９および図１０を参照して説明する。ここで、図９（Ａ）はこの第一発明の実施に好適な情報記憶装置の構成を模式的に示した図である。また、図９（Ｂ）は磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの電極２７（図１参照）に供給する電流の大きさおよび向きと、この電流により形成される磁界との関係を示した図である。なお、この図９（Ａ）に示した各構成成分のうちの特に情報記録手段５１は、少なくとも３値の電流を発生できるものである点で第２の参考例における情報記録手段４３と相違する。また、図１０は、用いたスピンバルブタイプの磁気メモリ素子での磁気抵抗曲線と記録磁界との関係を説明する図である。
【００３７】
第一発明では、所定の磁気メモリ素子を２個用いて情報の記憶単位４１を構成する。この図９の例の場合は２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂを用いて記憶単位４１を構成した例を示している。またこの第一発明では、(i) 記憶単位４１における一方の磁気メモリ素子２０ａの情報記録部の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ａの電極（磁界形成用電極）に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子２０ｂの情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ｂの電極に供給するか、(ii)一方の磁気メモリ素子２０ａの情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ａの電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子２０ｂの情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ｂの電極に供給するか、(iii) ２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの情報記録部の抵抗値を同じ値に固定する磁界を形成し得る電流をこれら磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの電極に供給するかのいずれかを、記録させたい情報状態に応じて実行する。ここで、上記の(i),(ii),(iii)を実現する電流の具体的な供給条件は、２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの情報記録部に対し情報を図２（Ｂ）中のどのルートでの磁界印加条件で記録させるか、および、２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの第１および第２の強磁性体層の磁化方向を初期化時にどのようにするかにより変更出来る。そこでここでは、その一例として、磁界の印加条件を図１０に示したルート（ａ）、ルート（ｂ）、ルート（ｃ）、ルート（ａ）’、ルート（ｂ）’およびルート（ｃ）’とする例を考える。その場合は２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂのうちの一方の素子の第１および第２の強磁性体層の磁化方向が図２の状態（ａ）になるように、かつ、他方の素子の第１および第２の強磁性体層の磁化方向が図２の状態（ｄ）になるように初期化磁化をする。そして、例えば、図９中の磁気メモリ素子２０ａの第１および第２の強磁性体層の磁化方向が図２の状態（ａ）になるように、かつ、素子２０ｂの第１および第２の強磁性体層の磁化方向が図２の状態（ｄ）になるように初期化磁化をした場合において図９中の磁気メモリ素子２０ａに図１０のルート（ａ）で磁界Ｈa が印加され、かつ、磁気メモリ素子２０ｂに図１０のルート（ａ）’で磁界−Ｈa ’が印加されるように電流を各素子の電極２７（図１参照）に流すと、磁気メモリ素子２０ａは高抵抗値を示し、磁気メモリ素子２０ｂは低抵抗値を示すようになる。また、メモリ素子２０ａに図１０のルート（ｂ）で磁界Ｈb が印加され、かつ、磁気メモリ素子２０ｂに図１０のルート（ｂ）’で磁界−Ｈb ’が印加されるように電流を各素子の電極２７（図１参照）に流すと、磁気メモリ素子２０ａは低抵抗値を示し、磁気メモリ素子２０ｂは高抵抗値を示すようになる。また、メモリ素子２０ａに図１０のルート（ｃ）で磁界Ｈc が印加され、かつ、磁気メモリ素子２０ｂに図１０のルート（ｃ）’で磁界−Ｈc ’が印加されるように電流を各素子の電極２７（図１参照）に流すと、磁気メモリ素子２０ａおよび磁気メモリ素子２０ｂはいずれも低抵抗値を示すようになる。したがって、この第一発明では、記憶単位４１に、３種類の抵抗値の組み合わせ、すなわち、素子２０ａ，２０ｂが示す抵抗値の大小関係が２０ａ＞２０ｂ、２０ａ＜２０ｂ、２０ａ＝２０ｂという３種類の組み合わせを、記録出来る。このため、この第一発明では３値の情報を記憶単位任意に記録出来るので、より多くの情報量の記録が可能になる。なお、この場合は、Ｈa と−Ｈa ’とは絶対値が同じでかつ逆向きの磁界とでき、Ｈb と−Ｈb ’とは絶対値が同じでかつ逆向きの磁界とでき、Ｈc と−Ｈc ’とは絶対値が同じでかつ逆向きの磁界とできることが、図１０から分かる。なぜなら、スピンバルブタイプの磁気抵抗素子の磁気抵抗曲線が右向き磁界と左向き磁界とで異なるからである。
【００３８】
また、情報再生は次のように行なう。一方の磁気メモリ素子２０ａが保持した抵抗値を第１の抵抗検出手段４５ａにより検出し、他方の磁気メモリ素子２０ｂが保持した抵抗値を第２の抵抗検出手段４５ｂにより検出する。この検出結果を比較手段４５ｃは比較し、その比較結果を出力する。２つの磁気メモリ素子２０ａ、２０ｂが保持する抵抗値の大小関係に応じ、比較手段４５ｃの出力はプラス、マイナス若しくは０（差なし）となるので、記憶されていた情報が何であったかは、比較手段４５ｃの出力がマイナスかプラスかゼロかにより判断できる。
【００３９】
２−３−２．第一発明の第２の実施の形態
図９に示した例の場合では記憶単位における２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれを情報記録手段５１と別々の信号線で接続する例を示した。このため図９の例では記憶単位４１に対し２組の信号線が必要であった。しかしこれは特に記憶単位を多数具えた情報記憶装置を構成する場合、信号線の数を増加させるので改善が望まれる。そこで、この第一発明において第２の参考例の第２の形態において説明したように、２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの磁界形成用電極に反対向きに電流が流れるような接続関係でこれら電極を直列に接続し、そして該直列に接続した電極と情報記録手段とを１組の信号線を介し接続し、信号線数の低減を図るのが良い。
【００４０】
２−３−３．第一発明の第３の実施の形態
上記第一発明の第１及び第２の実施の形態の構成において、２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子を異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０にそれぞれ代えた場合も、上記の各実施の形態と同様な効果が得られる。ただし、この場合は以下に説明する点に留意する必要がある。
【００４１】
異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の場合、スピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０が有していた反強磁性体層を有していないので、印加磁界が右向きのときの磁気抵抗曲線と印加磁界が左向のときの磁気抵抗曲線とが、磁界０を中心に対称となることは既に説明した（図１５（Ｂ）参照）。したがって、異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０を２個用いて構成された記憶単位にスピンバルブタイプの磁気メモリ素子のときと同じ記録磁界すなわち図１０の記録磁界（Ｈa ＝｜−Ｈa ’｜、Ｈb ＝｜−Ｈb ’｜、Ｈc ＝｜−Ｈc ’｜）を印加すると、所望の記録が行なえない。そこで、この場合は図１１に示したように、Ｈa ≠｜−Ｈa ’｜、Ｈb ≠｜−Ｈb ’｜、Ｈc ≠｜−Ｈc ’｜であってそれぞれ適正な大きさの記録磁界Ｈa 、Ｈb 、Ｈc 、−Ｈa ’、−Ｈb ’、−Ｈc ’が、ルート（ａ）、ルート（ｂ）、ルート（ｃ）、ルート（ａ）’、ルート（ｂ）’、ルート（ｃ）’のうちの対応するルートで形成されるように、記憶単位４１における２個の異保磁力タイプの磁気メモリ素子の磁界形成用電極に、所定の電流をそれぞれ供給する。ただし、選択の仕方によっては、例えば強磁界についてはＨc ＝｜−Ｈc ’｜とできる。ここで、Ｈa ≠｜−Ｈa ’等とする必要から、記憶単位４１における２個の異保磁力タイプの磁気メモリ素子に供給する電流の大きさは、両素子で異なったものとする必要がある。そして、記憶単位４１における２個の異保磁力タイプの磁気メモリ素子に異なる電流を流す場合、図７のように両素子に別々の信号線で電流を供給するなら問題はないが、図８（Ａ）のような接続関係で両素子に１本の信号線で電流を供給する場合は工夫が必要に３る。このため、例えば図１２に示したように、２個の磁気メモリ素子３０ａ，３０ｂのうちの一方の素子の磁界形成用電極２７（図４参照）に並列に抵抗手段６１を接続する。このように抵抗手段６１を接続したので、磁気メモリ素子３０ｂに流れる電流は磁気メモリ素子３０ａに流れる電流に比べ小さくなるので、２個の磁気メモリ素子に上記のＨa ≠｜−Ｈa ’｜等の条件を満たした電流を１本の信号線により供給出来る。
【００４２】
３．大容量の情報記憶装置の構成例
上述の第１の参考例では１個の所定の磁気メモリ素子を用いた例を、また、上述の第２の参考例及び第一発明の実施の形態では１個の記憶単位を用いた例をそれぞれ説明した。しかし、この出願の各発明は大容量の情報記憶装置を構成する場合にも適用でき、むしろそのような適用が有用である。そこで、以下に、その具体的な構成例を説明する。図１３はその説明に供する図であり、大容量の記憶装置の一部要部を示した図である。具体的には、行方向に並置された記録電流線ａ1 〜ａ3 および列方向に並置された記録電流供給線ｂ1 〜ｂ3 で構成された記録電流供給線群と、行方向に並置された抵抗値検出線Ａ1 〜Ａ3 および列方向に並置された抵抗値検出線Ｂ1 〜Ｂ3 で構成された抵抗値検出線群と、行列それぞれの記録電流供給線の交差点近傍でかつ行列それぞれの抵抗値検出線の交差点近傍にそれぞれ配置された磁気メモリ素子２０11〜２０23とで構成された回路部分を示した図である。記録電流線群は例えばデコーダを介し例えば情報記録手段４３に接続する。また、抵抗値検出線群は例えばデコーダを介し例えば情報再生手段４５に接続する。もちろん、記録電流供給線および抵抗値検出線を３本ずつとしたのは説明の簡単化のためであり、これら線の本数は情報記憶装置の記憶容量によって任意とできる。なお、記録電流供給線ａm を磁気メモリ素子２０mnの磁界形成用電極２７の一端に接続してあり、記録電流供給線ｂn を磁気メモリ素子２０mnの磁界形成用電極２７の他端に接続してある。ここで、ｍ，ｎは正の整数であり、図示例の場合では１〜３である（以下、同様）。また、抵抗値検出線Ａm を磁気メモリ素子２０mnの情報記録部２３の一端に接続してあり、抵抗値検出線Ｂn を磁気メモリ素子２０mnの情報記録部２３の他端に接続してある。
【００４３】
この図１３に示した情報記憶装置における情報記録動作は、行方向、列方向それぞれから１本ずつの記録電流供給線を選択しそれらを介して記録電流を磁気メモリ素子に流すことで、行なえる。例えば、磁気メモリ素子２０11に情報の記録を行なう場合には、記録電流供給線ａ1 およびｂ1 を選択してこれらを介し記録電流を流す。このとき、記録電流供給線ａ1 をプラスとし記録電流供給線ｂ1 をマイナスとするか、または、記録電流供給線ａ1 をマイナスとし記録電流供給線ｂ1 をプラスとすることで、磁気メモリ素子２０11の電極２７周囲に２種類の異なる磁界（例えば上述の−Ｈa やＨb ）を発生させることが可能になり、従って、磁気メモリ素子２０11に高低２種類の抵抗の何れかを記憶させることが可能になる。
【００４４】
一方、情報再生動作、たとえば磁気メモリ素子（１，１）に記録された情報の再生動作は、抵抗値検出線Ａ1 および抵抗値検出線Ｂ1 を介して素子２０11の情報記録部２３に一定電流を流すことで、該素子２０11に記録された抵抗値が高抵抗化値か低抵抗値かを電圧値の大きさの違いとして検出することで行なう。この電圧値は、検出線に接続された例えば検出用ＩＣにより読み取る。また、検出線に一定電圧を印加し、該素子（１，１）に記録された抵抗値が高抵抗化値か低抵抗値かを電流値の違いとして検出しても良い。
【００４５】
その他の磁気メモリ素子２０mnについての情報記録および情報再生も上記の素子２０11と同様に行なえるので、任意の位置の磁気メモリ素子についての情報記録および情報再生が行なえる。また、磁気メモリ素子２０mnを異保磁力タイプの磁気メモリ素子にそれぞれ代えた場合も上記の例同様に大容量の情報記憶装置を構成出来る。
【００４６】
また、上記の情報記憶装置の構成において、磁気メモリ素子２０mnの代わりに、２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂであってそれぞれに具わる磁界形成用電極に逆向きに電流が流れる様な接続関係でこれら電極を直列接続してある素子２０ａ，２０ｂで構成された記憶単位４１mnを配置した構成の大容量情報記憶装置を構成しても良い。図１４はその構成例を示した図である。記憶単位４１を用いる場合は、情報再生の際に２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの情報記録部に保持された抵抗値を検出する必要があるので、そのために抵抗値検出線Ｃ1 〜Ｃ3 を追加し、これらと抵抗値検出線Ａ1 〜Ａ3 およびＢ1 〜Ｂ3 とで抵抗検出線群を構成する。
【００４７】
上述においては、この出願の各発明の実施の形態について説明したが、これら発明は上記の実施の形態に限られない。例えば、実施の形態では磁界形成用電極２７に流す電流の向きを、２つの抵抗検出用電極２９を結ぶ線と直交する向きとしたが、該線と平行な方向としても良い。また、実施の形態で説明した記録磁界条件は一例であり他の磁界印加ルートで記録をする場合があっても良い。
【００４８】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなようにこの出願の各発明によれば、所定の磁気抵抗特性を有する磁気メモリ素子への情報記録および該素子からの情報再生を行なうに当たり、情報記録は、記憶させたい情報状態に応じ、情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流値あるいは前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流値のいずれかを、前記電極に供給することにより行い、情報再生は、前記固定される抵抗値を検出することにより行なう。このため、情報再生の際は、磁界形成用の電極に再生電流を流す必要は無く情報記録部の抵抗値を検出するための電流のみで済む。また、情報再生に当たって、従来は磁界形成用の電極にパルス状の再生電流を流してそれに応じて生じる情報記録部での抵抗値の変化パターンを検出するという一連の処理が必要であったのに対し、この発明では情報記録部の抵抗値を単に検出するのみで済む。そのため、従来に比べ、情報再生時の消費電流を低減出来、かつ、情報の再生動作の高速化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スピンバルブタイプの磁気メモリ素子の説明図（その１）である。
【図２】 スピンバルブタイプの磁気メモリ素子の説明図（その２）である。
【図３】 スピンバルブタイプの磁気メモリ素子の説明図（その３）である。
【図４】 異保磁力タイプの磁気メモリ素子の説明図である。
【図５】 第１の参考例の情報記録・再生方法の実施の形態の説明図（その１）である。
【図６】 第１の参考例の情報記録・再生方法の実施の形態の説明図（その２）である。
【図７】 第２の参考例の説明図（その１）である。
【図８】 第２の参考例の説明図（その２）である。
【図９】 第一発明の実施の形態の説明図（その１）である。
【図１０】 第一発明の実施の形態の説明図（その２）である。
【図１１】 第一発明の実施の形態の説明図（その３）である。
【図１２】 第一発明の実施の形態の説明図（その４）である。
【図１３】 大容量の情報記憶装置の説明図（その１）である。
【図１４】 大容量の情報記憶装置の説明図（その２）である。
【図１５】 従来技術および課題の説明図である。
【符号の説明】
２０：スピンバルブタイプの磁気メモリ素子
２１：基板
２３：情報記録部
２３ａ：第１の強磁性体層
２３ｂ：非磁性体層
２３ｃ：第２の強磁性体層
２３ｄ：反磁性体層
２５：絶縁層
２７：磁界形成用電極
２９：抵抗値検出用電極
３０：異保磁力タイプの磁気メモリ素子
３１：基板
３３：情報記録部
３３ａ：非磁性体層
３３ｂ：第１の強磁性体層
３３ｃ：非磁性体層
３３ｄ：第２の強磁性体層（第１の層33bとは保磁力が異なる層）
【発明の属する技術分野】
この発明は、第１および第２の強磁性体層を含み、磁界の印加条件によって抵抗値が第１の抵抗値または第２の抵抗値となり、然も、磁気抵抗曲線がヒステリシス特性を示す情報記録部と、電流が供給されそれにより前記磁界を形成する電極と、を具えた磁気メモリ素子における情報記録・再生方法とその実施に好適な情報記憶装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ： Giant Magnetoresistance）効果を利用した磁気メモリ素子の一例およびこの素子における情報の記録・再生方法が、例えば文献Ｉ（ジャパニーズ ジャーナル アプライド フィジックス (Jpn.J.Appl.Phys.)Vol.34(1995)pp.L415-L417）に開示されている。この素子は、基板と、この基板上に形成された情報記録部と、該情報記録部上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された磁界形成用電極と、情報記録部両端に形成され該記録部の抵抗値検出用電極と、を具えたものであった。ここで情報記録部は、保磁力の異なる第１および第２の強磁性体層（NiFeCoおよびCoPt）と非磁性体層（Cu）とを［｛CoPt/Cu/NiFeCo｝／Cu］のごとく積層した単位構造をさらに複数積層したＧＭＲ層で、構成されている。また、この情報記録部の磁化曲線および磁気抵抗曲線は、模式的にはそれぞれ、図１５（Ａ）および（Ｂ）の様なものとなる。ただし、図１５（Ａ）において１１は上記積層単位の要部を示し、また１１ａ，１１ｂ，１１ｃはこの順でいってNiFeCo層、Cu層、CoPt層をそれぞれ示す。磁化曲線は２つの強磁性体層１１ａ，１１ｃの保磁力差に起因してステップ状となっている。また、ある磁界強度範囲（図１５（Ａ）のｂ及びｄ）において各強磁性体層１１ａ，１１ｃの磁化方向は逆向きとなり、このとき、情報記録部１１の抵抗値は大きくなる（図１５（Ｂ）のｂ，ｄ参照）。一方、上記磁界強度範囲を越える磁界（図１５（Ａ）のａ及びｃ）において各強磁性層１１ａ，１１ｃの磁化方向は同じ向きとなり、このとき、情報記録部の抵抗値は小さくなる。
【０００３】
また、この文献Ｉでは磁気メモリ素子への情報の記録は、磁界形成用電極に大きな電流を流すことにより漏洩磁界を発生させて行っている。具体的には、記録させたい情報状態が「１」か「０」かに応じ、＋Ｈまたは−Ｈの大きな磁界をＧＭＲ層に印加して、図１５（Ａ）におけるａまたはｃの磁化状態（すなわちＧＭＲ層の抵抗値としては、状態「１」、状態「０」いずれも低抵抗状態）を形成し記録を行っている（例えば文献Fig.4(a)）。また、情報の再生は、磁界形成用電極に記録時よりも小さなパルス状の電流を流すことによりＧＭＲ層に−ｈから＋ｈに変化するようなパルス状の磁界を印加する（例えば文献Fig.4(b)）。具体的には、図１５（Ａ）のｃの磁化状態（情報状態「０」）にある場合、パルス状の電流を電極に流すことでＧＭＲ層に−ｈから＋ｈに変化するパルス磁界を印加する。するとＧＭＲ層の磁化状態は−ｈにおいてｃ状態のままであり＋ｈにおいてｄ状態となるので、結局、ＧＭＲ層の抵抗値は、低抵抗状態ｃ（図１５（Ｂ））から高抵抗状態ｄに変化する。一方、図１５（Ａ）のａの磁化状態（情報状態「１」）にある場合、情報再生のためのパルス状の電流を電極に流すことでＧＭＲ層に−ｈから＋ｈに変化するパルス磁界を印加する。すると、ＧＭＲ層の磁化状態は−ｈにおいてｂ状態になり＋ｈにおいて再びａ状態に戻るので、結局、ＧＭＲ層の抵抗値は、高抵抗状態ｂ（図１５（Ｂ））から低抵抗状態ａに変化する。ＧＭＲ層の抵抗値をモニターしながら上記の様に電極にパルス状の電流を流すと、このＧＭＲ層の抵抗値の変化パターンは、ＧＭＲ層の記録状態が「０」か「１」かによって上記のごとく異なってくるので、この抵抗値の変化パターンの違いにより情報の再生が行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の情報記録・再生方法では、情報再生の際にも磁界形成用電極にパルス状の再生電流を流す必要があるため、情報の記録・再生時の消費電流が多くなってしまうという問題点があった。また、情報再生の際にパルス状の再生電流を電極に流し、そしてこれに応答するＧＭＲ層の抵抗値の変化パターンを検出する必要があるので、情報の再生に要する時間がその分長くなってしまう（高速動作が制約される）という問題点があった。そこで、従来に比べ情報再生の際の消費電力の低減が図れ、かつ、高速での情報再生動作が可能な情報の記録・再生方法およびその実施に好適な情報記憶装置の実現が望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、この出願の第一発明の情報の記録・再生方法によれば、第１および第２の強磁性体層を含み、磁界の印加条件によって前記第１および第２の強磁性体層の磁化方向が同じかまたは逆となり、該磁化方向に応じて第１の抵抗値または第２の抵抗値を示し、然も、磁気抵抗曲線がヒステリシス特性を示す情報記録部と、電流が供給されそれにより前記磁界を形成する電極と、を具えた磁気メモリ素子（以下、「所定の磁気メモリ素子」と略称することもある。）への情報記録および該素子からの情報再生を行なうに当たり、
所定の磁気メモリ素子を２個用いて情報の記憶単位を構成すると共に、
前記記憶単位への情報記録は、(i) 前記記憶単位における一方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給するか、(ii)前記一方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給するか、 (iii) 前記２個の磁気メモリ素子それぞれの情報記録部の抵抗値を同じ値に固定する磁界を形成し得る電流をこれら磁気メモリ素子それぞれの電極に供給するかのいずれかを、記録させたい情報状態に応じて実行することにより行ない、
前記記憶単位からの情報の再生は、前記２個の磁気メモリ素子それぞれに固定される抵抗値の差分を検出することにより行なうことを特徴とする。
なお、この第一発明において、抵抗値を同じ値に固定するという上記 (iii) の条件は、抵抗値を全く同じ値に固定する場合はもちろんのこと、両者がある許容値をもって同じ値になる場合も含む（以下の装置発明において同じ）。
【０００６】
なお、ここでいう第１の抵抗値は、第２の抵抗値との違いが検出できるなら絶対値に限られるものではなくある範囲内において記録時ごとに異なる値でも良く、第２の抵抗値も同様に絶対値に限られるものではなくある範囲内において記録時ごとに異なる値でも良い（以下の各発明において同じ。）。また、抵抗値を検出してとは、抵抗値を他の物理量例えば電圧または電流として検出する場合でも良い。
【０００７】
この第一発明によれば、情報再生の際は、磁界形成用の電極に再生電流を流す必要は無く、情報記録部の抵抗値を検出するための電流のみで済む。そのため、情報再生時の消費電流を従来に比べ少なく出来るから、その分、情報の記録・再生での消費電力の低減が図れる。また、情報再生に当たって、従来は磁界形成用の電極にパルス状の再生電流を流してそれに応じて生じる情報記録部での抵抗値の変化パターンを検出するという一連の処理が必要であったのに対し、この発明では情報記録部の抵抗値を単に検出するのみで済む。このため、従来に比べ、情報の再生動作の高速化が図れる。
【０００９】
この第一発明によれば、上述の作用・効果が得られると共に、以下の様な別の作用・効果も得られる。
【００１０】
第一発明では、１つの記憶単位を２個の所定の磁気メモリ素子で構成し、かつ、これら所定の磁気メモリ素子それぞれの情報記録部に固定される抵抗値の大小関係が記憶したい「０」または「１」に応じて逆転するように、抵抗値を固定し、そして、これら固定された抵抗値の差分をとる。ここでこの差分は、記録された情報が「０」か「１」かによって、プラスまたはマイナスの値を示すので、これらプラス／マイナスの情報により記録情報が「０」なのか「１」なのかが判定できる。しかも、２個の磁気メモリ素子が同様な設計のものであるなら両者が示す抵抗値の両者間における再現性（相対的な再現性）は高いと考えられるから、両者が示す抵抗値の差分の再現性は高いといえ、したがって、より信頼性の高い情報再現が可能になる。
【００１２】
さらに、この第一発明によれば、上述の作用・効果が同様に得られると共に、以下の様な別の作用・効果も得られる。すなわち、２個の所定の磁気メモリ素子それぞれの情報記録部に固定される抵抗値の大小関係として、一方が他方より大きい場合と、一方が他方より小さい場合と、双方が同じ場合の、３つの関係が設定できる。そして、このように固定された抵抗値の差分としては、上記の抵抗値の大小関係に対応して、プラス、マイナスおよび０（差なし）の３つの結果が得られる。したがって、この第一発明によれば、記録状態として３つの状態を情報記録部に書き込めるから、記憶容量の大きな情報記録ができる。
【００１４】
また、この出願の第二発明によれば、所定の磁気メモリ素子を２個用いて構成された情報の記憶単位を少なくとも１個と、記録させたい情報に応じ該記憶単位の２個の磁気メモリ素子それぞれの電極に上記の(i) の条件、(ii)の条件または(iii) の条件で電流を供給して情報を記録する情報記録手段と、所定の情報再生手段とを具える。このため、第一発明を容易に実施できる情報記憶装置が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形状および配置関係を概略的に示してある。また、各図において同様な構成成分については同一の番号を付して示してある。
【００１６】
１．所定の磁気メモリ素子の説明
はじめに、この出願の各発明で用いる所定の磁気メモリ素子のいくつかの例について説明する。
【００１７】
１−１．スピンバルブタイプの磁気メモリ素子
先ず、図１〜図３を参照して、所定の磁気メモリ素子の１例として、保磁力が同じ第１および第２の強磁性体層と反強磁体層とを含む磁気メモリ素子２０（これを、以下、「スピンバルブタイプの磁気メモリ素子」と称することもある。）の一例を説明する。ここで、図１（Ａ）はこの磁気メモリ素子２０の全体図、図１（Ｂ）は該素子２０に備わる情報記録部２３の要部の説明図である。このスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０は、基板２１と、該基板２１上に設けられた情報記録部２３と、該情報記録部２３上に設けられた絶縁層２５と、該絶縁層２５上に設けられた磁界形成用電極２７と、情報記録部２３の両端にそれぞれ設けられ該情報記録部２３の抵抗値検出用電極２９とを具えた構造となっている。ここで情報記録部２３は、スピンバルブ・タイプの巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）層で構成してある。具体的には、第１の強磁性体層２３ａと、非磁性体層２３ｂと、第２の強磁性体層２３ｃと、反強磁性体層２３ｄとをこの順番で積層した積層単位２３ｘ（図１（Ｂ）参照）をさらに複数層積層したＧＭＲ層で構成してある。ただし、積層単位２３ｘが１層の場合のスピンバルブ・タイプのＧＭＲ層で情報記録部２３を構成する場合があっても良い。
【００１８】
このスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０では、電極２７に電流を流すことで磁界を発生させて、情報記録部に磁界（漏洩磁界）を印加できる。然も、電極２７に流す電流の向き（図１に矢印で示す。）および大きさを変えることによって、情報記録部２３に印加する磁界の大きさおよび向きを変えることが出来る。そしてこの素子２０では、情報記録部２３における第１の強磁性体層２３ａおよび第２の強磁性体層２３ｃそれぞれの磁化の方向は、該情報記録部２３に印加される上記磁界の強度および向きに対して、以下に図２（Ａ）を用いて説明するように変化する。さらにこの素子２０では、印加磁界の強度および向きに対し情報記録部２３の抵抗値は以下に図２（Ｂ）を用いて説明するように変化する。ただし、説明に用いるこの図２では、反強磁性体層２３ｄは磁化方向が図２の左から右向きのものである例を示している。さらに、この図２では、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃそれぞれが初期状態において左向きに磁化されている状態（図２の（ａ）の状態）からの、印加磁界変化に対する磁化の変化および抵抗値の変化の様子を示している。なお、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃを上記（ａ）の状態に磁化するには、情報記録部２３に対し磁界の向きが図２の右から左である磁界であって反強磁性体層２３ｄに起因する磁界を打ち負かして第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃを左向きに磁化し得るような初期化磁界を予め印加することで行なえる。このような初期化磁界は、外部磁界でも、電極２７に大電流を流して形成される磁界でも良い。
【００１９】
図２に示したように、図２中の（ａ）の状態では、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化の方向は同じであり、このような場合、情報記録部２３は第１の抵抗値を示す（図２（Ｂ）の状態（ａ））。次に、この（ａ）の状態にある情報記録部２３に対し左向きの磁界すなわち磁界の向きが第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの現在の磁化の方向と同じである磁界を印加した場合および強度がこれら層２３ａ，２３ｃの磁化方向を変え得る程には大きくない右向きの磁界を印加した場合は、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向は変化しない（図２（Ａ）の状態（ｂ）参照）。したがって、情報記録部２３は第１の抵抗値を示したままである（図２（Ｂ）の状態（ｂ））。次に、情報記録部２３に対し、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃのいずれか一方のみを現在の磁化方向とは反対方向に磁化し得る程度の強度の右向きの磁界を印加する。この場合は、反強磁性体層２３ｄが右向きに磁化されているためこの層に接している第２の強磁性体層２３ｃの方が右方向に磁化され易くなるから、そのためここでは強度Ｈ+Wの範囲の磁界によって第２の強磁性体層２３ｃの磁化方向が右方向に反転し、この結果、第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向は逆になる（図２（Ａ）の状態（ｃ））。第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向が逆向き状態の場合の情報記録部２３は、第１の抵抗値より大きな第２の抵抗値を示す（図２（Ｂ）の状態（ｃ））。次に、情報記録部２３に対し、上記Ｈ+Wより大きな右向きの磁界を印加する。すると、第１の強磁性体層２３ａもこの磁界の影響を受けるようになるため、この第１の強磁性体層２３ａも右向きに磁化され、その結果、第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃは今度は磁化方向が右向き状態で同じ向きになる（図２（Ａ）の状態（ｄ））。したがって、情報記録部２３の抵抗値は第１の抵抗値に戻る（図２（Ｂ）の状態（ｄ））。共に右向きに磁化された第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃは、情報記録部２３に対して右向きの磁界が印加されたり強度が弱い左向きの磁界（後述の強度がＨ-Wに至らない磁界）が印加された場合は、上記の（ａ）−（ｂ）の過程の場合と同じ理由で、磁化方向は変化せず（図２の状態（ｅ））、そのため、情報記録部の抵抗値も第１の抵抗値のままとなる（図２（Ｂ）の状態（ｅ））。次に、情報記録部２３に対し、左向きの磁界であって第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃのいずれか一方のみを現在の磁化方向とは反対方向に磁化し得る程度の強度の磁界Ｈ-Wを印加する。この場合は、反強磁性体２３ｄの磁化方向に逆らうことになるので、先のＨ+Wに比べ大きな強度の磁界Ｈ-Wが必要になる。すなわち、Ｈ+Wの範囲が始まる磁界ＨA に比べＨ-Wの範囲が始まる磁界ＨB の方が絶対値が大きい磁界になる（図２（Ｂ）参照）。また、この磁界Ｈ-Wの印加においては第１及び第２の強磁性体２３ａ，２３ｃのうちの、反強磁性体層２３ｄから遠い位置にある第１の強磁性体層２３ａの磁化方向が右から左に反転する（図２（Ａ）の状態（ｆ））。この結果、第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向は逆向きになるので、情報記録部２３の抵抗値は第２の抵抗値に変化する（図２（Ｂ）の状態（ｆ））。次に、情報記録部２３にさらに大きな左向きの磁界を印加すると、第２の強磁性体層２３ｃの磁化方向も右から左に反転する。このため、第１及び第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向は同じ向きになるので、情報記録部２３の抵抗値は第１の抵抗値に戻る。
【００２０】
上述の説明から分かるように、上述のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０では、電極２７に流す電流で形成される磁界の向きおよび大きさ次第で（すなわち電極２７に流す電流の大きさおよび向き次第で）第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化方向が同じかまたは逆となる。さらにその磁化方向に応じて情報記録部２３は第１の抵抗値または第２の抵抗値を示し、かつ、磁化抵抗曲線はヒステリシス特性を示すものとなる。然も、印加磁界の向きが右向きの場合での磁化抵抗曲線と、印加磁界の向きが左向きの場合での磁化抵抗曲線とは異なる（Ｈ+w、Ｈ-Wが異なる）ものになる。
【００２１】
次に、上述のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０の具体的な構成例およびその特性を説明する。基板２１をＭｇＯ基板で構成し、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃをＣｏ層により構成し、非磁性体層２３ｂをＣｕ層により構成し、反強磁性体層２３ｄをＦｅ50Ｍｎ50合金層により構成し、絶縁層２５をＳｉＯ2 層により構成する。なお、これらＣｏ層、Ｃｕ層、ＦｅＭｎ合金層およびＳｉＯ2 層はスパッタ法により形成する。また、各層の厚さは、例えば、Ｃｏ層を６０Å、Ｃｕ層を２８Å、ＦｅＭｎ合金層を２１０Å、ＳｉＯ2 層を０．５μｍとする。これらＣｏ層、Ｃｕ層、Ｃｏ層およびＦｅＭｎ合金層で構成される積層単位を１層とするか複数層とするかは、設計に応じ決めれば良い。このような構成としたスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０の磁気抵抗特性を直流４端子法により測定した結果は、例えば図３に示したようになる。すなわち、図２を用いて説明したと同様、ヒステリシス特性をもつ磁化抵抗曲線になる。これについていま少し説明する。
【００２２】
図３のグラフの横軸は磁界の強度（Ｏｅ）を表し、縦軸は媒体の電気抵抗率の増加率を示している。ただし、この増加率は、第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃの磁化の方向が同じとなっているときの電気抵抗を基準としている。この具体例のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子では、図２に示したＨ+Wに当たる磁界強度は、約３０〜約１１０Ｏｅの範囲となり、Ｈ-Wに当たる磁界強度は約−１００〜−２００Ｏｅの範囲となることが、図３から分かる。さらに、第１の抵抗値に対し第２の抵抗値は約５％増加することが、図３から分かる。耐ノイズ性を考えると、Ｈ+WやＨ-Wは磁界０からある程度離れた強度範囲にあることが好ましい。一方、Ｈ+WやＨ-Wが磁界０からあまり離れた強度範囲であると、消費電流の点で好ましくない。また、制御性の点でＨ+WやＨ-Wはある程度の強度範囲も持つすなわちこれら範囲が磁気抵抗曲線において矩形状の特性を示すのが好ましい。これらの点から、この具体例のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子は、この発明でいう所定の磁気メモリ素子として好ましい。
【００２３】
なお、上記の具体例では、情報記録部２３をFeMn/Co/Cu/Co の積層構造を用いて構成した例を説明したがこれに限るものではない。例えば、強磁性体層２３ａ，２３ｃの材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏまたはこれらの合金等を用いることができる。また、反強磁性体層２３ｄの材料としては、ＮｉＯやＣｏＯ等を用いることができる。また、非磁性体層２３ｂの材料としては、ＡｇやＣｒ等を用いることができる。例えば、これらの材料を組合せて構成される素子、例えば[NiO/Co/Cu/Co]の積層構造または[FeMn/Fe/Cr/Fe] の積層構造を用いて情報記録部２３を構成した磁気メモリ素子もスピンバルブタイプの磁気メモリ素子となり得る。
【００２４】
１−２．異保磁力タイプの磁気メモリ素子
次に、図４および図１５を参照して、所定の磁気メモリ素子の他の例として、保磁力が異なる第１および第２の強磁性体層を含む磁気メモリ素子３０（以下、「異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０」と称することもある。）の一例を説明する。文献Ｉに開示されている磁気メモリ素子も、このタイプの素子に相当する。ここで、図４（Ａ）は異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の全体図、図４（Ｂ）は該素子３０に備わる情報記録部３３の要部の説明図である。この異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０は、基板２１と、該基板２１上に設けられた情報記録部３３と、該情報記録部３３上に設けられた絶縁層２５と、該絶縁層２５上に設けられた磁界形成用電極２７と、情報記録部３３の両端にそれぞれ設けられ該情報記録部３３の抵抗値検出用電極２９と、を具えた構造となっている。ここで情報記録部３３は、第１の非磁性体層３３ａと、第１の強磁性体層３３ｂと、第２の非磁性体層３３ｃと、第１の強磁性体層３３ｂとは保磁力が異なる第２の強磁性体層３３ｄとをこの順番で積層した積層単位３３ｘ（図４（Ｂ）参照）をさらに複数層積層したＧＭＲ層で構成してある。ただし、積層単位３３ｘが１層の場合のＧＭＲ層で情報記録部３３を構成する場合があっても良い。
【００２５】
この異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の場合も、電極２７に電流を流すことで磁界を発生させて、情報記録部３３に磁界（漏洩磁界）を印加できる。然も、電極２７に流す電流の向きおよび大きさを変えることによって、情報記録部３３に印加する磁界の大きさおよび向きを変えることが出来る。そして、磁界の向きを変えることによって第１および第２の強磁性体層３３ｂ，３３ｄの磁化方向が同じかまたは逆となる。さらにこれら強磁性体層３３ｂ，３３ｄの磁化方向が同じか逆かに応じて情報記録部３３は第１の抵抗値または第２の抵抗値を示し、かつ、ヒステリシス特性をもつ磁気抵抗曲線を示す。その磁気抵抗曲線を模式的に示した場合、それは図１５（Ｂ）のようになる。なお、異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の場合は、スピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０が有していた反強磁性体層を有していないので、印加磁界が右向きのときの磁気抵抗曲線と印加磁界が左向のときの磁気抵抗曲線とが、磁界０を中心に対称となる（図１５（Ｂ）参照）。
【００２６】
この異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の具体的な構成例として、例えば、基板３１をガラス基板で構成し、第１および第２の非磁性体層３３ａ，３３ｃをＣｕ層により構成し、第１の強磁性体層３３ｂをＣｏ層により構成し、第２の強磁性体層３３ｄをＮｉＦｅＣｏ合金層により構成し、絶縁層２５をＳｉＯ2 層により構成した素子が挙げられる。或は、高保磁力を示す層３３の構成材料として、ＦｅやＣｏＰｔ等を用いても良い。また、低保磁力を示す層の構成材料としてＦｅＮやＦｅＳｉＡｌ等を用いても良い。また、非磁性体層の構成材料としてＡｇやＣｒ等を用いても良い。例えば、これらの材料を組合せて構成される素子、例えば[{Fe/Ag/FeN}/Ag]の人工格子または[{CoPt/Cr/FeSiAl}/Cr] の人工格子を用いて情報記録部３３を構成した磁気メモリ素子も異保磁力タイプの磁気メモリ素子となり得る。
【００２７】
２．情報の記録・再生方法の説明
２−１．第１の参考例
２−１−１．第１の参考例の第１の形態
まず、第１の参考例の情報の記録・再生方法であって、スピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０に対しての情報の記録・再生方法の第１の形態について、図１〜図３および図５を参照して説明する。ただし、ここでの説明では、スピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０における第１および第２の強磁性体層２３ａ，２３ｃが、初期化において図２（Ａ）における状態（ｄ）のように磁化されているものとして説明を行なう。
【００２８】
第１の参考例では、磁気メモリ素子２０への情報の記録は、記憶させたい情報状態に応じ、情報記録部２３の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流値あるいは第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流値のいずれかを、磁界形成用電極２７に供給することにより行う。そこで、この第１の形態では、記憶させたい情報状態が例えば「０」の場合は、図２を用いて説明したＨ-Wの強度範囲の磁界が形成できる電流、ここでは図５に示した−Ｈa の磁界が形成出来る電流を磁界形成用電極２７に流し、その後、この電流の供給を停止する。こうすると、−Ｈa の磁界が印加された後にこの磁界が０にされるので（図５中のルート（１））、この磁気メモリ素子２０の情報記録部２３の抵抗値は抵抗値Ｒa （高抵抗値）に固定され保持される。また、記憶させたい情報状態が「１」の場合は、図２を用いて説明したＨ+Wの強度範囲を越える磁界が形成できる電流、ここでは図５に示したＨb の磁界が形成出来る電流を磁界形成用電極２７に流し、その後、この電流の供給を停止する。こうすると、Ｈb の磁界が印加された後にこの磁界が０にされるので（図５中のルート（２））、この磁気メモリ素子２０における情報記録部２３の抵抗値は抵抗値Ｒb （低抵抗値）に固定され保持される。もちろん、情報状態「０」、「１」に対する電流の供給条件を上述の逆としても良い。ここで、図５から、−Ｈa およびＨb は、大きさが同じで磁界の向きが反対である磁界としても良いことが分かる。すなわち、−Ｈa およびＨb を適正な値に選ぶと、磁界形成用の電極２７に流す電流の大きさは同じで向きを逆転させるのみで、「０」、「１」の情報に対応する抵抗値Ｒa またはＲb を情報記録部２３に保持させることが可能になることが分かる。これについて上記の具体例の磁気メモリ素子（図３に示した磁気抵抗特性を示した素子）の場合で考えれば、記録磁界−Ｈa 、Ｈb を、−Ｈa については−１２０〜１９０Ｏｅの範囲のある強度の磁界（例えば−１５０Ｏｅ）とし、Ｈb についてはこの−Ｈa とは逆向きの磁界（例えば１５０Ｏｅ）とすることで、磁界形成用の電極２７に流す電流の向きを逆転させるのみで記録ができる。
【００２９】
一方、情報の再生は、情報記録部２３に固定される抵抗値を抵抗値検出用電極２９を介し測定することで行なう。抵抗値の測定は、任意好適な手段例えば検出用ＩＣで行なえる。また、抵抗値の測定は、抵抗値自体で行なっても良く、或は他のパラメータ例えば電圧で行なっても良い。
【００３０】
２−１−２．第１の参考例の第２の形態
次に、第１の参考例の情報の記録・再生方法であって、異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０に対する情報の記録・再生方法の第２の形態について図４および図６を参照して説明する。ただし、以下の説明では、異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０における第１および第２の強磁性体層３３ｂ、３３ｄが、初期化において図１５（Ａ）における状態（ａ）のように磁化されている例で考える。先ず、情報の記録に当たっては、磁界形成用電極２７にスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０の場合と同様にある所定の電流を供給しそして電流を停止するようにすれば良い。具体的には図６に示したように、磁界−Ｈa を形成し得る電流を供給後それを停止するか（図６中のルート（１））、磁界Ｈb を形成し得る電流を供給後それを停止するか（図６中のルート（２））を、記録させたい情報が「０」か「１」かに応じ行なえば良い。なぜなら、この例の場合は、第１および第２の強磁性体層３３ｂ、３３ｄは初期化において共に右向きに磁化されているので、第１の強磁性体層３３ｂの磁化方向を反転させ得る程度の強度の左向き磁界である−Ｈa の磁界を情報記録部３３に印加すると情報記録部３３の抵抗値はＲb からＲa に変化し、また、Ｒa をＲb に戻すには、第１の強磁性体３３ｂの磁化方向を元に戻し得る程度の強度以上の右向き磁界であるＨb の磁界を情報記録部３３に印加すれば良いからである。一方、情報の再生は、情報記録部３３に固定された抵抗値を検出することで行なえる。
【００３１】
２−２．第２の参考例
２−２−１．第２の参考例の第１の形態
次に、第２の参考例の情報の記録・再生方法の第１の形態について図７を主に参照して説明する。ここで、図７（Ａ）はこの第２の参考例の実施に好適な情報記憶装置の構成を模式的に示した図である。また、図７（Ｂ）は磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの電極２７（図１参照）に供給する電流の向きとこの電流により形成される磁界との関係を示した図である。なお、詳細は後述するが、図７（Ａ）において４１は記憶単位、４３は情報記録手段、４５は情報再生手段をそれぞれ示す。さらに、図７（Ａ）において、４５ａはこの第２の参考例の形態での情報再生手段４５の一構成成分である第１の抵抗検出手段、４５ｂは同じく第２の抵抗検出手段、４５ｃは抵抗検出手段４５ａ，４５ｂの出力を比較するための比較手段をそれぞれ示す。
【００３２】
第２の参考例では、所定の磁気メモリ素子を２個用いて情報の記憶単位４１を構成する。この図７の例の場合は２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂを用いて記憶単位４１を構成した例を示している。またこの第２の参考例では、(i) 記憶単位４１における一方の磁気メモリ素子２０ａの情報記録部の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ａの電極２７（図１参照）に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子２０ｂの情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ｂの電極２７に供給するか、(ii)一方の磁気メモリ素子２０ａの情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ａの電極２７に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極２７に供給するかのいずれかを、記録させたい情報状態に応じて実行する。ここで、上記の(i),(ii)を実現する電流の具体的な供給条件は、２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの情報記録部に対し情報を図２（Ｂ）中のどのルートでの磁界印加条件で記録させるか、および、２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの第１および第２の強磁性体層の磁化方向を初期化時にどのようにするかにより変更出来る。そこでここでは、その一例として、磁界の印加条件を図５を用いて説明したルート（１）およびルート（２）とする例を考える。その場合は２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの第１および第２の強磁性体層の磁化方向がすべて図２の状態（ａ）または状態（ｄ）になるように、初期化磁化をする。そして、両素子２０ａ，２０ｂの強磁性体層すべてを図２の状態（ｄ）になるように初期化磁化をした場合において図７中の磁気メモリ素子２０ａに図５のルート（２）で磁界Ｈb が印加され、かつ、磁気メモリ素子２０ｂに図５のルート（１）で磁界−Ｈa が印加されるように電流を各素子の電極２７（図１参照）に流すと、磁気メモリ素子２０ａは低抵抗値を示し、また磁気メモリ素子２０ｂは高抵抗値を示すようになる。また電流の大きさは同じで向きを上記例とは逆にすると、磁気メモリ素子２０ａは高抵抗値を示し、磁気メモリ素子２０ｂは低抵抗値を示すようになる。なお、このような電流の供給停止はここでは情報記録手段４３により行なう。この情報記録手段は任意好適な回路で構成出来る。２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂへの上記のような電流の供給・停止を、記憶させたい情報状態が「０」か「１」かに応じ行なうことで、２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂには、抵抗値の大小関係が異なる記録状態を形成出来る。
【００３３】
また、情報再生は次のように行なう。一方の磁気メモリ素子２０ａが保持した抵抗値を第１の抵抗検出手段４５ａにより検出し、他方の磁気メモリ素子２０ｂが保持した抵抗値を第２の抵抗検出手段４５ｂにより検出する。この検出結果を比較手段４５ｃは比較し、その比較結果を出力する。２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂが保持する抵抗値の大小関係に応じ、比較手段４５ｃの出力はプラス若しくはマイナスとなるので、記憶されていた情報が何であったかは、この比較手段４５ｃの出力がマイナスかプラスかにより判断できる。なお、第１および第２の抵抗検出手段４５ａ，４５ｂは例えば抵抗検出用のＩＣで構成出来、比較手段は公知の比較回路により構成出来る。
【００３４】
２−２−２．第２の参考例の第２の形態
図７に示した例の場合では記憶単位における２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれを情報記録手段４３と別々の信号線で接続する例を示した。このため図７の例では記憶単位４１に対し２組の信号線が必要であった。しかしこれは特に記憶単位を多数具えた情報記憶装置を構成する場合、信号線の数を増加させるので改善が望まれる。以下、その対策例（第２の形態）について説明する。図８はその説明に供する図であり、図７に対応させて示した図である。この例の場合は、２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの磁界形成用電極に反対向きに電流が流れるような接続関係でこれら電極を直列に接続し、そして該直列に接続した電極と情報記録手段４３とを１組の信号線４３ａを介し接続している。この構成では、ある電流値を信号線４３ａに流すと、２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂにはそれぞれ逆向きに電流が供給される。この結果、一方の磁気メモリ素子２０ａに上記の−Ｈa の磁界を形成する場合は、他方の磁気メモリ素子２０ｂにＨb の磁界を形成でき、また、一方の磁気メモリ素子２０ａに上記のＨb の磁界を形成する場合は、他方の磁気メモリ素子２０ｂに−Ｈa の磁界を形成できるようになるので、信号線数を減らせるにもかかわらず、第１の形態と同様に情報記録が出来る。なお、この第２の形態の場合は、初期化磁化のために信号線４３ａに大電流を流すと、２個の磁気メモリ素子間で強磁性体層の磁化の方向は逆向きとなってしまう。よって、２個の磁気メモリ素子それぞれの強磁性体層の磁化の方向を同じにする初期化磁化は外部磁界により行なう。
【００３５】
２−２−３．第２の参考例の第３、第４の形態
図７および図８を用いて説明した第１、第２の形態において、２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子を異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０にそれぞれ代えた場合も、上記の各形態と同様な効果が得られる。
【００３６】
２−３．第一発明の実施の形態
２−３−１．第一発明の第１の実施の形態
次に、第一発明の情報の記録・再生方法の第１の実施の形態について図９および図１０を参照して説明する。ここで、図９（Ａ）はこの第一発明の実施に好適な情報記憶装置の構成を模式的に示した図である。また、図９（Ｂ）は磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの電極２７（図１参照）に供給する電流の大きさおよび向きと、この電流により形成される磁界との関係を示した図である。なお、この図９（Ａ）に示した各構成成分のうちの特に情報記録手段５１は、少なくとも３値の電流を発生できるものである点で第２の参考例における情報記録手段４３と相違する。また、図１０は、用いたスピンバルブタイプの磁気メモリ素子での磁気抵抗曲線と記録磁界との関係を説明する図である。
【００３７】
第一発明では、所定の磁気メモリ素子を２個用いて情報の記憶単位４１を構成する。この図９の例の場合は２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂを用いて記憶単位４１を構成した例を示している。またこの第一発明では、(i) 記憶単位４１における一方の磁気メモリ素子２０ａの情報記録部の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ａの電極（磁界形成用電極）に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子２０ｂの情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ｂの電極に供給するか、(ii)一方の磁気メモリ素子２０ａの情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ａの電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子２０ｂの情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子２０ｂの電極に供給するか、(iii) ２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの情報記録部の抵抗値を同じ値に固定する磁界を形成し得る電流をこれら磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの電極に供給するかのいずれかを、記録させたい情報状態に応じて実行する。ここで、上記の(i),(ii),(iii)を実現する電流の具体的な供給条件は、２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの情報記録部に対し情報を図２（Ｂ）中のどのルートでの磁界印加条件で記録させるか、および、２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの第１および第２の強磁性体層の磁化方向を初期化時にどのようにするかにより変更出来る。そこでここでは、その一例として、磁界の印加条件を図１０に示したルート（ａ）、ルート（ｂ）、ルート（ｃ）、ルート（ａ）’、ルート（ｂ）’およびルート（ｃ）’とする例を考える。その場合は２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂのうちの一方の素子の第１および第２の強磁性体層の磁化方向が図２の状態（ａ）になるように、かつ、他方の素子の第１および第２の強磁性体層の磁化方向が図２の状態（ｄ）になるように初期化磁化をする。そして、例えば、図９中の磁気メモリ素子２０ａの第１および第２の強磁性体層の磁化方向が図２の状態（ａ）になるように、かつ、素子２０ｂの第１および第２の強磁性体層の磁化方向が図２の状態（ｄ）になるように初期化磁化をした場合において図９中の磁気メモリ素子２０ａに図１０のルート（ａ）で磁界Ｈa が印加され、かつ、磁気メモリ素子２０ｂに図１０のルート（ａ）’で磁界−Ｈa ’が印加されるように電流を各素子の電極２７（図１参照）に流すと、磁気メモリ素子２０ａは高抵抗値を示し、磁気メモリ素子２０ｂは低抵抗値を示すようになる。また、メモリ素子２０ａに図１０のルート（ｂ）で磁界Ｈb が印加され、かつ、磁気メモリ素子２０ｂに図１０のルート（ｂ）’で磁界−Ｈb ’が印加されるように電流を各素子の電極２７（図１参照）に流すと、磁気メモリ素子２０ａは低抵抗値を示し、磁気メモリ素子２０ｂは高抵抗値を示すようになる。また、メモリ素子２０ａに図１０のルート（ｃ）で磁界Ｈc が印加され、かつ、磁気メモリ素子２０ｂに図１０のルート（ｃ）’で磁界−Ｈc ’が印加されるように電流を各素子の電極２７（図１参照）に流すと、磁気メモリ素子２０ａおよび磁気メモリ素子２０ｂはいずれも低抵抗値を示すようになる。したがって、この第一発明では、記憶単位４１に、３種類の抵抗値の組み合わせ、すなわち、素子２０ａ，２０ｂが示す抵抗値の大小関係が２０ａ＞２０ｂ、２０ａ＜２０ｂ、２０ａ＝２０ｂという３種類の組み合わせを、記録出来る。このため、この第一発明では３値の情報を記憶単位任意に記録出来るので、より多くの情報量の記録が可能になる。なお、この場合は、Ｈa と−Ｈa ’とは絶対値が同じでかつ逆向きの磁界とでき、Ｈb と−Ｈb ’とは絶対値が同じでかつ逆向きの磁界とでき、Ｈc と−Ｈc ’とは絶対値が同じでかつ逆向きの磁界とできることが、図１０から分かる。なぜなら、スピンバルブタイプの磁気抵抗素子の磁気抵抗曲線が右向き磁界と左向き磁界とで異なるからである。
【００３８】
また、情報再生は次のように行なう。一方の磁気メモリ素子２０ａが保持した抵抗値を第１の抵抗検出手段４５ａにより検出し、他方の磁気メモリ素子２０ｂが保持した抵抗値を第２の抵抗検出手段４５ｂにより検出する。この検出結果を比較手段４５ｃは比較し、その比較結果を出力する。２つの磁気メモリ素子２０ａ、２０ｂが保持する抵抗値の大小関係に応じ、比較手段４５ｃの出力はプラス、マイナス若しくは０（差なし）となるので、記憶されていた情報が何であったかは、比較手段４５ｃの出力がマイナスかプラスかゼロかにより判断できる。
【００３９】
２−３−２．第一発明の第２の実施の形態
図９に示した例の場合では記憶単位における２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれを情報記録手段５１と別々の信号線で接続する例を示した。このため図９の例では記憶単位４１に対し２組の信号線が必要であった。しかしこれは特に記憶単位を多数具えた情報記憶装置を構成する場合、信号線の数を増加させるので改善が望まれる。そこで、この第一発明において第２の参考例の第２の形態において説明したように、２つの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂの磁界形成用電極に反対向きに電流が流れるような接続関係でこれら電極を直列に接続し、そして該直列に接続した電極と情報記録手段とを１組の信号線を介し接続し、信号線数の低減を図るのが良い。
【００４０】
２−３−３．第一発明の第３の実施の形態
上記第一発明の第１及び第２の実施の形態の構成において、２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子を異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０にそれぞれ代えた場合も、上記の各実施の形態と同様な効果が得られる。ただし、この場合は以下に説明する点に留意する必要がある。
【００４１】
異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０の場合、スピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０が有していた反強磁性体層を有していないので、印加磁界が右向きのときの磁気抵抗曲線と印加磁界が左向のときの磁気抵抗曲線とが、磁界０を中心に対称となることは既に説明した（図１５（Ｂ）参照）。したがって、異保磁力タイプの磁気メモリ素子３０を２個用いて構成された記憶単位にスピンバルブタイプの磁気メモリ素子のときと同じ記録磁界すなわち図１０の記録磁界（Ｈa ＝｜−Ｈa ’｜、Ｈb ＝｜−Ｈb ’｜、Ｈc ＝｜−Ｈc ’｜）を印加すると、所望の記録が行なえない。そこで、この場合は図１１に示したように、Ｈa ≠｜−Ｈa ’｜、Ｈb ≠｜−Ｈb ’｜、Ｈc ≠｜−Ｈc ’｜であってそれぞれ適正な大きさの記録磁界Ｈa 、Ｈb 、Ｈc 、−Ｈa ’、−Ｈb ’、−Ｈc ’が、ルート（ａ）、ルート（ｂ）、ルート（ｃ）、ルート（ａ）’、ルート（ｂ）’、ルート（ｃ）’のうちの対応するルートで形成されるように、記憶単位４１における２個の異保磁力タイプの磁気メモリ素子の磁界形成用電極に、所定の電流をそれぞれ供給する。ただし、選択の仕方によっては、例えば強磁界についてはＨc ＝｜−Ｈc ’｜とできる。ここで、Ｈa ≠｜−Ｈa ’等とする必要から、記憶単位４１における２個の異保磁力タイプの磁気メモリ素子に供給する電流の大きさは、両素子で異なったものとする必要がある。そして、記憶単位４１における２個の異保磁力タイプの磁気メモリ素子に異なる電流を流す場合、図７のように両素子に別々の信号線で電流を供給するなら問題はないが、図８（Ａ）のような接続関係で両素子に１本の信号線で電流を供給する場合は工夫が必要に３る。このため、例えば図１２に示したように、２個の磁気メモリ素子３０ａ，３０ｂのうちの一方の素子の磁界形成用電極２７（図４参照）に並列に抵抗手段６１を接続する。このように抵抗手段６１を接続したので、磁気メモリ素子３０ｂに流れる電流は磁気メモリ素子３０ａに流れる電流に比べ小さくなるので、２個の磁気メモリ素子に上記のＨa ≠｜−Ｈa ’｜等の条件を満たした電流を１本の信号線により供給出来る。
【００４２】
３．大容量の情報記憶装置の構成例
上述の第１の参考例では１個の所定の磁気メモリ素子を用いた例を、また、上述の第２の参考例及び第一発明の実施の形態では１個の記憶単位を用いた例をそれぞれ説明した。しかし、この出願の各発明は大容量の情報記憶装置を構成する場合にも適用でき、むしろそのような適用が有用である。そこで、以下に、その具体的な構成例を説明する。図１３はその説明に供する図であり、大容量の記憶装置の一部要部を示した図である。具体的には、行方向に並置された記録電流線ａ1 〜ａ3 および列方向に並置された記録電流供給線ｂ1 〜ｂ3 で構成された記録電流供給線群と、行方向に並置された抵抗値検出線Ａ1 〜Ａ3 および列方向に並置された抵抗値検出線Ｂ1 〜Ｂ3 で構成された抵抗値検出線群と、行列それぞれの記録電流供給線の交差点近傍でかつ行列それぞれの抵抗値検出線の交差点近傍にそれぞれ配置された磁気メモリ素子２０11〜２０23とで構成された回路部分を示した図である。記録電流線群は例えばデコーダを介し例えば情報記録手段４３に接続する。また、抵抗値検出線群は例えばデコーダを介し例えば情報再生手段４５に接続する。もちろん、記録電流供給線および抵抗値検出線を３本ずつとしたのは説明の簡単化のためであり、これら線の本数は情報記憶装置の記憶容量によって任意とできる。なお、記録電流供給線ａm を磁気メモリ素子２０mnの磁界形成用電極２７の一端に接続してあり、記録電流供給線ｂn を磁気メモリ素子２０mnの磁界形成用電極２７の他端に接続してある。ここで、ｍ，ｎは正の整数であり、図示例の場合では１〜３である（以下、同様）。また、抵抗値検出線Ａm を磁気メモリ素子２０mnの情報記録部２３の一端に接続してあり、抵抗値検出線Ｂn を磁気メモリ素子２０mnの情報記録部２３の他端に接続してある。
【００４３】
この図１３に示した情報記憶装置における情報記録動作は、行方向、列方向それぞれから１本ずつの記録電流供給線を選択しそれらを介して記録電流を磁気メモリ素子に流すことで、行なえる。例えば、磁気メモリ素子２０11に情報の記録を行なう場合には、記録電流供給線ａ1 およびｂ1 を選択してこれらを介し記録電流を流す。このとき、記録電流供給線ａ1 をプラスとし記録電流供給線ｂ1 をマイナスとするか、または、記録電流供給線ａ1 をマイナスとし記録電流供給線ｂ1 をプラスとすることで、磁気メモリ素子２０11の電極２７周囲に２種類の異なる磁界（例えば上述の−Ｈa やＨb ）を発生させることが可能になり、従って、磁気メモリ素子２０11に高低２種類の抵抗の何れかを記憶させることが可能になる。
【００４４】
一方、情報再生動作、たとえば磁気メモリ素子（１，１）に記録された情報の再生動作は、抵抗値検出線Ａ1 および抵抗値検出線Ｂ1 を介して素子２０11の情報記録部２３に一定電流を流すことで、該素子２０11に記録された抵抗値が高抵抗化値か低抵抗値かを電圧値の大きさの違いとして検出することで行なう。この電圧値は、検出線に接続された例えば検出用ＩＣにより読み取る。また、検出線に一定電圧を印加し、該素子（１，１）に記録された抵抗値が高抵抗化値か低抵抗値かを電流値の違いとして検出しても良い。
【００４５】
その他の磁気メモリ素子２０mnについての情報記録および情報再生も上記の素子２０11と同様に行なえるので、任意の位置の磁気メモリ素子についての情報記録および情報再生が行なえる。また、磁気メモリ素子２０mnを異保磁力タイプの磁気メモリ素子にそれぞれ代えた場合も上記の例同様に大容量の情報記憶装置を構成出来る。
【００４６】
また、上記の情報記憶装置の構成において、磁気メモリ素子２０mnの代わりに、２個のスピンバルブタイプの磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂであってそれぞれに具わる磁界形成用電極に逆向きに電流が流れる様な接続関係でこれら電極を直列接続してある素子２０ａ，２０ｂで構成された記憶単位４１mnを配置した構成の大容量情報記憶装置を構成しても良い。図１４はその構成例を示した図である。記憶単位４１を用いる場合は、情報再生の際に２個の磁気メモリ素子２０ａ，２０ｂそれぞれの情報記録部に保持された抵抗値を検出する必要があるので、そのために抵抗値検出線Ｃ1 〜Ｃ3 を追加し、これらと抵抗値検出線Ａ1 〜Ａ3 およびＢ1 〜Ｂ3 とで抵抗検出線群を構成する。
【００４７】
上述においては、この出願の各発明の実施の形態について説明したが、これら発明は上記の実施の形態に限られない。例えば、実施の形態では磁界形成用電極２７に流す電流の向きを、２つの抵抗検出用電極２９を結ぶ線と直交する向きとしたが、該線と平行な方向としても良い。また、実施の形態で説明した記録磁界条件は一例であり他の磁界印加ルートで記録をする場合があっても良い。
【００４８】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなようにこの出願の各発明によれば、所定の磁気抵抗特性を有する磁気メモリ素子への情報記録および該素子からの情報再生を行なうに当たり、情報記録は、記憶させたい情報状態に応じ、情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流値あるいは前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流値のいずれかを、前記電極に供給することにより行い、情報再生は、前記固定される抵抗値を検出することにより行なう。このため、情報再生の際は、磁界形成用の電極に再生電流を流す必要は無く情報記録部の抵抗値を検出するための電流のみで済む。また、情報再生に当たって、従来は磁界形成用の電極にパルス状の再生電流を流してそれに応じて生じる情報記録部での抵抗値の変化パターンを検出するという一連の処理が必要であったのに対し、この発明では情報記録部の抵抗値を単に検出するのみで済む。そのため、従来に比べ、情報再生時の消費電流を低減出来、かつ、情報の再生動作の高速化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スピンバルブタイプの磁気メモリ素子の説明図（その１）である。
【図２】 スピンバルブタイプの磁気メモリ素子の説明図（その２）である。
【図３】 スピンバルブタイプの磁気メモリ素子の説明図（その３）である。
【図４】 異保磁力タイプの磁気メモリ素子の説明図である。
【図５】 第１の参考例の情報記録・再生方法の実施の形態の説明図（その１）である。
【図６】 第１の参考例の情報記録・再生方法の実施の形態の説明図（その２）である。
【図７】 第２の参考例の説明図（その１）である。
【図８】 第２の参考例の説明図（その２）である。
【図９】 第一発明の実施の形態の説明図（その１）である。
【図１０】 第一発明の実施の形態の説明図（その２）である。
【図１１】 第一発明の実施の形態の説明図（その３）である。
【図１２】 第一発明の実施の形態の説明図（その４）である。
【図１３】 大容量の情報記憶装置の説明図（その１）である。
【図１４】 大容量の情報記憶装置の説明図（その２）である。
【図１５】 従来技術および課題の説明図である。
【符号の説明】
２０：スピンバルブタイプの磁気メモリ素子
２１：基板
２３：情報記録部
２３ａ：第１の強磁性体層
２３ｂ：非磁性体層
２３ｃ：第２の強磁性体層
２３ｄ：反磁性体層
２５：絶縁層
２７：磁界形成用電極
２９：抵抗値検出用電極
３０：異保磁力タイプの磁気メモリ素子
３１：基板
３３：情報記録部
３３ａ：非磁性体層
３３ｂ：第１の強磁性体層
３３ｃ：非磁性体層
３３ｄ：第２の強磁性体層（第１の層33bとは保磁力が異なる層）
Claims (5)
- 第１および第２の強磁性体層を含み、磁界の印加条件によって前記第１および第２の強磁性体層の磁化方向が同じかまたは逆となり、該磁化方向に応じて第１の抵抗値または第２の抵抗値を示し、然も、磁気抵抗曲線がヒステリシス特性を示す情報記録部と、電流が供給されそれにより前記磁界を形成する電極と、を具えた磁気メモリ素子への情報記録および該素子からの情報再生を行なうに当たり、
前記磁気メモリ素子を２個用いて情報の記憶単位を構成すると共に、
前記記憶単位への情報記録は、
(i) 前記記憶単位における一方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給するか、
(ii)前記一方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給するか、
(iii) 前記２個の磁気メモリ素子それぞれの情報記録部の抵抗値を同じ値に固定する磁界を形成し得る電流をこれら磁気メモリ素子それぞれの電極に供給するかのいずれかを、記録させたい情報状態に応じて実行することにより行ない、
前記記憶単位からの情報の再生は、前記２個の磁気メモリ素子それぞれに固定される抵抗値の差分を検出することにより行なうこと
を特徴とする情報の記録・再生方法。 - 請求項１に記載の情報の記録・再生方法において、
前記記憶単位における２個の磁気メモリ素子の各電極に反対向きに電流が流れるような接続関係でこれら電極を直列に接続し、
該直列接続した電極に１組の信号線で電流を供給することにより前記情報記録を行なうこと
を特徴とする情報の記録・再生方法。 - 第１および第２の強磁性体層を含み、磁界の印加条件によって前記第１および第２の強磁性体層の磁化方向が同じかまたは逆となり、該磁化方向に応じて第１の抵抗値または第２の抵抗値を示し、然も、磁気抵抗曲線がヒステリシス特性を示す情報記録部と、電流が供給されそれにより前記磁界を形成する電極と、を具えた磁気メモリ素子を２個用いて構成された情報の記憶単位を少なくとも１個と、
(i) 前記記憶単位における一方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給するか、(ii)前記一方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第２の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給し、かつ、他方の磁気メモリ素子の情報記録部の抵抗値を前記第１の抵抗値に固定する磁界を形成し得る電流を該磁気メモリ素子の電極に供給するか、(iii) 前記２個の磁気メモリ素子それぞれの情報記録部の抵抗値を同じ値に固定する磁界を形成し得る電流をこれら磁気メモリ素子それぞれの電極に供給するかのいずれかを、記憶したい情報状態に応じ行って前記記憶単位に情報を記録する情報記録手段と、
前記記憶単位における２個の磁気メモリ素子それぞれに固定される抵抗値を検出しそれらの差分に基づいて情報を再生する情報再生手段と
を具えたことを特徴とする情報記憶装置。 - 請求項３に記載の情報記憶装置において、
前記記憶単位における２個の磁気メモリ素子の各電極に反対向きに電流が流れるような接続関係でこれら電極を直列に接続してあり、
前記情報記録手段から前記記憶単位への前記電流供給用信号線を１組としてあること
を特徴とする情報記憶装置。 - 行列状態で配置された記録電流供給線群と、
行列状態で配置された抵抗値検出線群と、
行列それぞれの記録電流供給線の交差点近傍でかつ行列それぞれの抵抗値検出線の交差点近傍にそれぞれ配置された請求項３又は４に記載の磁気メモリ素子または記憶単位と
を具えたことを特徴とする情報記憶装置。
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