JP3987924B2

JP3987924B2 - 磁性メモリアレイ、磁性メモリアレイの書き込み方法及び磁性メモリアレイの読み出し方法

Info

Publication number: JP3987924B2
Application number: JP2002362200A
Authority: JP
Inventors: 雅彦山本; 亮一中谷; 恭遠藤
Original assignee: Osaka University NUC
Current assignee: Osaka University NUC
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: KR100526280B1; EP1429351B1; EP1429351A1; JP2004193479A; KR20040053799A; US20040165426A1; US7099185B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）として好適に用いることのできる不揮発性の磁性メモリアレイ、さらには前記磁性メモリアレイに対する情報の書き込み方法及び読み出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の電子機器が宇宙空間などの特殊な環境下で用いられるようになり、このため放射線などに晒されても記録された情報が失われることのない記録装置の確立が求められている。かかる観点より、放射線などに対する耐性が高く、情報の不揮発性を有するとともに、簡単な構造の磁性メモリセルを有するＭＲＡＭの開発が盛んに進められている。
【０００３】
従来の磁性メモリセルは長方形状を呈し、その磁化の向きに応じて０又は１の情報を記録するようにしている。しかしながら、このような磁性メモリセルにおいては、その形状に起因して前記磁化に起因した磁束がセル外部へ漏洩してしまっていた。一方で、ＭＲＡＭの記録容量を増大させるべく、複数の磁性メモリセルを高密度で配列する試みがなされているが、この場合においては、上述した漏洩磁場によって隣接する磁性メモリセルに対して甚大な影響を与えてしまい、結果的に実用的な高密度ＭＲＡＭを得ることはできないでいた。
【０００４】
このような観点から、本発明者らは、磁性メモリの形状をリング形状とし、前記磁性メモリを前記リング形状に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化させ、これら磁化の向きに応じて０又は１の情報を記録するようにした磁性メモリを開発した（特願２００２−７３６８１参照）。
【０００５】
この場合においては、前記磁性メモリから磁束が漏洩しないため、これら磁性メモリを高密度に配列して例えばＭＲＡＭを作製した場合においても、漏洩磁場が隣接する磁性メモリに悪影響を与えないため、前記磁性メモリを高密度に集積することができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記磁性メモリを構成する情報を記録するための磁性層の厚さが小さくなると、上述したような渦状の磁化を生ぜしめることが困難になり、前記渦状磁化を利用した情報の記録を実行することができない場合があった（「Physical Review Letters, ８３巻、５号、ｐ１０４２−１０４５（１９９９年）」参照）。
【０００７】
本発明は、磁性層の厚さに関係なく渦状磁化を生成することができ、前記渦状磁化の向きに応じて情報を安定的に記録できるようにした磁性メモリアレイを提供することを目的とする。さらには、前記磁性メモリに対する情報の書き込み方法及び読み出し方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、外周部を円弧状に切り欠いてなる、厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍの、リング形状の膜面を有する磁性層を含む複数の磁性メモリを、前記磁性層の切り欠き部における直線部が互いに略平行となるようにして配置し、前記磁性層を前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化させて０又は１の情報を記録するようした磁性メモリアレイに関する。
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、磁性メモリの、リング状の磁性層の外周の一部を、断面が垂直となるように切り欠くことによって、前記磁性層の厚さが小さい場合においても、前記磁性層中に右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）の渦状の磁化を簡易に生ぜしめることができることを見出した。そして、このような磁性メモリを複数配置して磁性メモリアレイを作製する際には、前記磁性層の前記切り欠き部における直線部が互いに略平行となるように設定することにより、前記磁性メモリアレイに対して、単一の外部磁場を印加するのみで、前記磁性メモリアレイに対する記録動作を実行でき、本発明の磁性メモリアレイを実用的な高密度記録媒体として提供できることを見出した。
【００１０】
本発明によれば、前記磁性層を１ｎｍ〜１０ｎｍ程度まで薄くした場合においても、前記磁性層中に上述した渦状磁化を簡易に生ぜしめることができ、前記渦状磁化の向きに応じて０又は１の情報を記録することができる。
【００１１】
また、前記磁性層からの前記渦状磁化に基づく漏洩磁場が発生しないため、前記磁性メモリアレイ中における、磁性メモリの配列密度を増大させた場合においても、隣接する磁性メモリ同士が前記漏洩磁場によって影響を受けることはない。
【００１２】
本発明の磁性メモリのその他の特徴、並びに本発明の磁性メモリの記録方法及び読み出し方法については、以下の発明の実施の形態において詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を発明の実施の形態に則して詳細に説明する。
図１は、本発明の磁性メモリアレイを構成する磁性メモリ中の、磁性層の形状を概略的に示す図であり、図２は、図１に示す磁性層中の磁化状態を示す図である。
【００１４】
図１に示すように、磁性層１１はリング状を呈し、その外周部は垂直な断面を有するように円弧状に切り欠かれている。このように、磁性層１１が切り欠き部１２を有するリング状を呈することによって、例えば磁性層１１の厚さを１ｎｍ〜１０ｎｍ程度まで小さくした場合においても、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁性層１１中に右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）の渦状磁化を生ぜしめることができるようになる。
【００１５】
したがって、図２に示すように、例えば右回りの渦状磁化に対して０を割り当て、左回りの渦状磁化に対して１を割り当てるようにすれば、これらの０又は１の値に応じて、磁性層１１中に所定の情報を記録させることができるようになる。
【００１６】
なお、磁性層１１は、図２（ａ）から図２（ｂ）の状態に移行する際、あるいは図２（ｂ）から図２（ａ）の状態に移行する際、図２（ｃ）に示すような磁化状態を経る。
【００１７】
切り欠き部１２の高さｈの、リング形状の磁性層１１の外径Ｈ１に対する比（ｈ／Ｈ１）は、０．０１以上であることが好ましく、さらには０．０５以上であることが好ましい。磁性層１１の外周部を上述したような大きさで切り欠くことにより、磁性層１１を含む磁性メモリを複数配列して本発明の磁性メモリアレイを作製した場合において、比較的小さい外部磁場によって記録動作をより簡易かつ正確に行うことができるようになる。
【００１８】
なお、前記比（ｈ／Ｈ１）の上限は特に規定されるものではないが、０．２であることが好ましい。前記比を０．２を超えて大きくしても本発明の作用効果のさらなる向上を図ることができないとともに、磁性層１１中に上述した渦状の磁化を生成させることができず、磁性層１１を磁性メモリとして使用できなくなる場合がある。
【００１９】
また、磁性層１１のリング形状に保持するためには、切り欠き部１２の高さｈと、磁性層１１の外径Ｈ１及び内径Ｈ２とは、ｈ＜（Ｈ１−Ｈ２）／２なる関係を満足する必要がある。
【００２０】
磁性層１１は、例えばＮｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、及びＣｏ−Ｆｅなどの室温強磁性体から構成することができる。なお、室温強磁性体とは、室温において強磁性的性質を示す磁性体を意味し、上述した磁性材料の他に公知の磁性材料を含むことができる。
【００２１】
また、磁性層１１の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍに設定することが好ましく、さらには３ｎｍ〜５ｎｍに設定することが好ましい。これによって、十分な大きさの渦状磁化を生ぜしめることができ、０又は１に対応した所定の情報を安定的に記録することができるようになる。
【００２２】
図３は、図１に示す磁性層を含む磁性メモリの具体的な一態様を示す平面図であり、図４は、図３に示す磁性メモリの側面図である。図３及び図４に示す磁性メモリ３０においては、図１に示すような磁性層２１上において、非磁性層２２を介して追加の磁性層２３が形成されるとともに、追加の磁性層２３上において反強磁性層２４が形成されている。磁性層２１は、上述したように外周部を切り欠いたリング形状を呈しており、非磁性層２２から反強磁性層２４は磁性層２１と同心円状に積層されてなり、それぞれリング形状を呈するように構成されている。
【００２３】
また、本態様においては、非磁性層２２から反強磁性層２４は、磁性層２１と同一の膜面を有するように、磁性層２１と同一の切り欠き部３２を有するように構成されている。したがって、磁性メモリ３０の切り欠き部３２は切り欠き部１２と同一の要件を満足する。
【００２４】
磁性層２１は、上述したように右回り（時計回り）又は左回り（反時計回りに）に渦状に磁化され、その渦状磁化の向きに応じて０又は１が割り当てられ、所定の情報が記録されるようになっている。
【００２５】
図３に示す磁性メモリ３０において、追加の磁性層２３は、予め右回り（時計方向）又は左回り（反時計方向）に渦状磁化されており、この磁化は反強磁性層２４との交換結合によって固定されている。なお、磁性層２１と追加の磁性層２３とは非磁性層２２によって磁気的に分断されている。
【００２６】
磁性層２１は、上述したような室温強磁性体から構成することができ、１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに形成することができる。また、追加の磁性層２３についても同様の室温強磁性体から構成することができ、１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに形成する。
【００２７】
非磁性層２２は、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕなどの非磁性材料から構成することができ、反強磁性層２４はＭｎ−Ｉｒ、Ｍｎ−Ｐｔ、及びＦｅ−Ｍｎなどの反強磁性材料から構成することができる。なお、非磁性層２２の厚さ及び反強磁性層２４の厚さは、それぞれ磁性層２１及び追加の磁性層２３間を磁気的に分断できるように、さらには追加の磁性層２３中の磁化を交換結合を通じて磁気的に固定できるように適宜に設定する。
【００２８】
図５は、本発明の磁性メモリアレイの構成を概略的に示す平面図である。図５に示す磁性メモリアレイにおいては、図３及び図４に示す磁性メモリ３０が、切り欠き部３２が左上方を向くようにして縦３列、横３列で計９個配列されてなり、総ての磁性メモリ３０の切り欠き部３２における直線部３３が互いに略平行になるように構成されている。磁性メモリ３０の上部及び下部には、磁性メモリ３０、すなわち図５に示す磁性メモリアレイに対する書き込み動作と読み出し動作とを実行するための、上部配線４１〜４３及び下部配線５１〜５３が設けられている。
【００２９】
なお、図５に示す磁性メモリアレイおいては、磁性メモリ３０の配置数を９個に設定しているが、配置数は９個に限定されるものではなく、任意の数に設定することができる。また、図５に示す磁性メモリアレイにおいては、磁性メモリ３０を縦３列及び横３列に配置しているが、実際の配置方法はこれに限定されるものではなく、必要に応じて任意の形態に配置することができる。
【００３０】
図５に示す磁性メモリアレイに対して書き込みを行う際には、書き込みを行うべき磁性メモリ３０の上部及び下部に位置する配線に対して電流を流すことによって所定の磁場を生ぜしめ、この磁場を利用して書き込みを行う。例えば、右上方に位置する磁性メモリ３０に対して書き込みを行う際には、上部配線４１に対して上向きの電流Ｉ１を流し、下部配線５１に右向きの電流Ｉ２を流す。すると、磁性メモリ３０には、上向き電流Ｉ１に起因した誘導磁場Ｂ１と右向き電流Ｉ２に起因した誘導磁場Ｂ２との合成磁場Ｂが印加されることになり、磁性メモリ３０の磁性層中には、図２（ｂ）に示すような左回り（反時計回り）の渦状磁化が生じるようになる。したがって、この磁化の向きに対して０又は１を割り当てることにより、磁性メモリ３０に対する書き込みを実行することができるようになる。
【００３１】
このとき、合成磁場Ｂの向きは、磁性メモリ３０の切り欠き部３２における直線部３３と略平行であることが好ましい。これによって、比較的小さい外部磁場によって記録動作をより簡易かつ正確に行うことができるようになる。この要件を満たすためには、上向き電流Ｉ１及び右向き電流Ｉ２の大きさを適宜に制御するとともに、磁性メモリ３０の配置方向を適宜に制御する。
【００３２】
また、右上方に位置する磁性メモリ３０の磁性層中に、図２（ａ）に示すような右回り（時計回り）の磁化を生ぜしめるような場合は、上部配線４１及び下部配線５１に対して、上向き電流Ｉ１及び右向き電流Ｉ２に代えて、下向き電流Ｉ３及び左向き電流Ｉ４を流すことによって、合成磁場Ｂと逆方向である右上方向の合成磁場Ｂａを印加する。
【００３３】
なお、この場合においても、前記同様の理由から合成磁場Ｂａの向きは、磁性メモリ３０の切り欠き部３２における直線部３３と略平行であることが好ましい。
【００３４】
上記においては、右上方の位置する磁性メモリ３０に対する書き込み動作について説明したが、他の磁性メモリ３０に対する書き込み動作についても同様である。例えば、中央に位置する磁性メモリ３０に対して書き込みを実行する際には、上部配線４２及び下部配線５２に対して、上向き電流Ｉ１及び右向き電流Ｉ２を流すことにより、合成磁場Ｂを生成することができ、図２（ｂ）に示すような左回り（反時計回り）の渦状磁化を生ぜしめることができる。同様に、上部配線４２及び下部配線５２に対して、下向き電流Ｉ３及び左向き電流Ｉ４を流すことにより、合成磁場Ｂａを生成することができ、図２（ａ）に示すような右回り（時計回り）の磁化を生ぜしめることができる。
【００３５】
なお、上述した書き込み動作は、磁性メモリ３０毎に行うこともできるが、複数の磁性メモリ３０に対して同時に行うこともできる。
【００３６】
図５に示す磁性メモリアレイに書き込まれた情報を読み出すに際しては、磁性メモリ３０を構成する追加の磁性層２３の、反強磁性層２４によって固定された磁化方向と、磁性層２１の磁化方向との相対的な方向関係に基づく磁性メモリ３０全体の電気抵抗値変化を利用して行う。例えば、磁性層２１の磁化方向と追加の磁性層２３の磁化方向とが同一の場合、磁性メモリ３０の電気抵抗値は減少する。一方、磁性層２１の磁化方向と追加の磁性層２３の磁化方向とが反対である場合、磁性メモリ３０の電気抵抗値は増大する。
【００３７】
したがって、磁性メモリ３０を流れる電流は、磁性層２１の磁化方向に起因した抵抗値変化に基づいて変化するので、追加の磁性層２３の磁化方法が予め分かっていれば、前記電流変化によって磁性層２１の磁化方向を知ることができ、この磁化方向に対して記録させた０又は１の情報を読み出すことができる。
【００３８】
図５に示す磁性メモリアレイにおいては、上部配線及び／又は下部配線に対して所定の電圧を印加し、そこを流れる電流値を計測することによって、磁性メモリセル３０に書き込まれた情報を読み出すことができる。例えば、右上方に位置する磁性メモリ３０内に書き込まれた情報を読み出す際には、上部配線４１及び／又は下部配線５１内に所定の電圧を印加し、その結果これらの配線中を流れる電流値を読み取れば良い。
【００３９】
以上、具体例を示しながら発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変形や変更が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、磁性層の厚さに関係なく渦状磁化を生成することができ、前記渦状磁化の向きに応じて情報を安定的に記録できるようにした磁性メモリアレイを提供することができる。さらには、前記磁性メモリアレイに対する情報の書き込み方法及び読み出し方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁性メモリを構成する磁性層の形状を概略的に示す平面図である。
【図２】図１に示す磁性層中の磁化状態を示す図である。
【図３】磁性メモリの具体的な一態様を示す平面図である。
【図４】図３に示す磁性メモリの側面図である。
【図５】本発明の磁性メモリアレイの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１１、２１磁性層
１２、３２切り欠き部
２２非磁性層
２３追加の磁性層
２４反強磁性層
３０磁性メモリ
４１〜４３上部配線
５１〜５３下部配線

Claims

外周部を円弧状に切り欠いてなる、厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍの、リング形状の膜面を有する磁性層を含む複数の磁性メモリを、前記磁性層の切り欠き部における直線部が互いに略平行となるようにして配置し、前記磁性層を前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化させて０又は１の情報を記録するようした磁性メモリアレイ。
前記磁性メモリの、前記磁性層の前記切り欠き部における前記直線部は、記録用の外部磁場の印加方向と略平行となるように配置したことを特徴とする、請求項１に記載の磁性メモリアレイ。
前記外部磁場の印加により、前記磁性層内部には右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）の面内方向の渦状磁化が誘起されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁性メモリアレイ。
前記磁性層の、前記磁性層の外周部における切り欠き部の高さをｈとし、前記磁性層の外径をＨ１とした場合において、前記切り欠き部の高さｈと前記外径Ｈ１との比（ｈ／Ｈ１）が０．０１以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の磁性メモリアレイ。
前記磁性メモリの、前記磁性層は室温強磁性体から構成されたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の磁性メモリアレイ。
前記磁性メモリは、前記磁性層上において、非磁性層を介してリング形状の膜面を有する追加の磁性層を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の磁性メモリアレイ。
前記磁性メモリの、前記追加の磁性層は室温強磁性体から構成されたことを特徴とする、請求項６に記載の磁性メモリアレイ。
前記磁性メモリの、前記追加の磁性層の厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項６又は７に記載の磁性メモリアレイ。
前記磁性メモリは、前記追加の磁性層の、前記磁性層と対向する面とは反対側の主面と隣接するようにして反強磁性層を含むことを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一に記載の磁性メモリアレイ。
前記磁性メモリの、前記追加の磁性層は、前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化されていることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一に記載の磁性メモリアレイ。
前記磁性メモリの、前記追加の磁性層における渦状磁化の向きが固定されていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の磁性メモリアレイ。
厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍの、リング形状の膜面を有する磁性層を含む複数の磁性メモリを具える磁性メモリアレイへの書き込み方法であって、
前記磁性メモリの、前記磁性層の外周部を円弧状に切り欠く工程と、
前記磁性層の切り欠き部における直線部が互いに略平行となるようにして、前記複数の磁性メモリを配置し、前記磁性メモリアレイを形成する工程と、
前記磁性メモリアレイに対して外部磁場を印加することにより、前記磁性メモリアレイに対して前記渦状磁化の向きを変えることによって記録動作を実行する工程と、
を具えることを特徴とする、磁性メモリアレイの書き込み方法。
前記外部磁場は、前記磁性メモリの、前記磁性層の前記切り欠き部における前記直線部と略平行となるように印加することを特徴とする、請求項１２に記載の磁性メモリアレイの書き込み方法。
前記外部磁場の印加により、前記磁性層内部に右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）の面内方向の渦状磁化を誘起することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の磁性メモリアレイの書き込み方法。
前記磁性層の、前記磁性層の外周部における切り欠き部の高さをｈとし、前記磁性層の外径をＨ１とした場合において、前記切り欠き部の高さｈと前記外径Ｈ１との比（ｈ／Ｈ１）を０．０１以上とすることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一に記載の磁性メモリアレイの書き込み方法。
前記磁性メモリの、前記磁性層は室温強磁性体から構成することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか一に記載の磁性メモリアレイの書き込み方法。
厚さが１ｎｍ〜１０ｎｍの、リング形状の膜面を有する磁性層を含む複数の磁性メモリを具える磁性メモリアレイからの読み出し方法であって、
前記磁性メモリの、前記磁性層の外周部を円弧状に切り欠く工程と、
前記磁性メモリの、前記磁性層上に、非磁性層を介してリング状の膜面を有する追加の磁性層を設ける工程と、
前記磁性層の切り欠き部における直線部が互いに略平行となるようにして、前記複数の磁性メモリを配置し、前記磁性メモリアレイを形成する工程と、
前記磁性メモリアレイに対して外部磁場を印加することにより、前記磁性メモリアレイに対して記録動作を実行し、前記磁性メモリにおける前記磁性層に対して右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化する工程と、
前記追加の磁性層を前記リング状の膜面に沿って右回り（時計回り）又は左回り（反時計回り）に渦状に磁化し、前記磁性層の、前記右回り（時計回り）又は前記左回り（反時計回り）に渦状に磁化に対応させて記録した情報を、前記追加の磁性層における渦状磁化の向きと前記磁性層における渦状磁化の向きとに依存した抵抗値に基づく電流値変化から読み出す工程と、
を具えることを特徴とする、磁性メモリアレイの読み出し方法。
前記追加の磁性層の、前記磁性層と対向する面とは反対側の主面と隣接するようにして反強磁性層を設け、前記追加の磁性層における渦状磁化の向きを固定する工程を具えることを特徴とする、請求項１７に記載の磁性メモリアレイの読み出し方法。
前記磁性層の外周部における切り欠き部の高さをｈとし、前記磁性層の外径をＨ１とした場合において、前記切り欠き部の高さｈと前記外径Ｈ１との比（ｈ／Ｈ１）を０．０１以上とすることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の磁性メモリアレイの読み出し方法。
前記磁性層は室温強磁性体から構成することを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一に記載の磁性メモリアレイの読み出し方法。
前記追加の磁性層の厚さを１ｎｍ〜１０ｎｍにすることを特徴とする、請求項１７〜２０のいずれか一に記載の磁性メモリの読み出し方法。