JP4130488B2

JP4130488B2 - 磁気記録装置

Info

Publication number: JP4130488B2
Application number: JP19454596A
Authority: JP
Inventors: 公一水島; 晃之金野; 尚山内; 浩一郎猪俣
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: JPH1040676A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大量の情報の書き込み及び読み出しが可能な磁気記録媒体及びその使用方法並びに磁気記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気記録の高密度化及び高速化は、磁気記録媒体の改良と並んで、磁気記録装置の進歩、なかでも磁気記録の書き込み及び読み出しに用いられる磁気ヘッドの進歩に負うところが多い。例えば、近年の磁気記録媒体の小型化及び大容量化に伴って、磁気記録媒体と読み出し用磁気ヘッドとの相対速度は小さくなってきている。そこで、小さな相対速度であっても大きな出力が取り出せる新しいタイプの読み出し用磁気ヘッドとして、巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＧＭＲヘッド）が注目されている。
【０００３】
しかしながら磁気記録に内在する究極の問題として微小磁区の安定性の問題、なかでも読み出しに伴う記録情報の破壊の問題がある。かかる観点において、磁気ヘッドと磁区との磁気的相互作用を利用した従来の読み出し方法は微小磁区を破壊しやすい。従って、磁気的相互作用によらない新しい読み出し方法とその方法に適した新しい記録媒体の開発が望まれている。
【０００４】
また従来の磁気記録媒体は磁気ディスク即ちファイルメモリとして機能し、その情報は一旦コンピュータ本体の半導体メモリに読み込まれる。このため、その動作は遅くまたコンピュータ本体のメモリを大量に消費するという欠点をもっている。従って、読み出し時にコンピュータ本体から直接電気的にアクセスできる新しいタイプの記録媒体が望まれている。このような新しいタイプのメモリとして、従来から開発が進められているフラッシュメモリや近年注目されているＦＲＡＭなどのメモリがある。しかし、前者は記録密度に関して、後者は強誘電体薄膜の形成に関して多くの課題を抱えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の磁気記録は、記録密度の上昇に伴う読み出し時の情報破壊の問題や、コンピュータ本体から直接アクセスができないという問題を有している。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、磁気的相互作用によらない情報の読み出し方法とそれを可能にする記録媒体並びに磁気記録装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、読み出し時にコンピュータ本体から直接電気的にアクセス可能な磁気記録媒体並びに磁気記録装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の視点は、磁気記録媒体において、
第１磁性体膜と複数の記録磁区を有する第２磁性体膜とを含む積層膜と、
前記積層膜の一方の面にショットキー接合を介して接続された半導体層と、
を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の視点は、第１の視点の磁気記録媒体において、前記積層膜の他方の面にトンネル接合部を介して接続された金属膜を更に具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の視点は、第１の視点の磁気記録媒体において、前記積層膜の他方の面にショットキー接合を介して接続された半導体膜を更に具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４の視点は、第１の視点の磁気記録媒体において、前記第１及び第２磁性体膜がトンネル接合部を介して接続されることを特徴とする。
本発明の第５の視点は、第２または４の視点の磁気記録媒体において、前記トンネル接合部が、第１及び第２障壁層と、前記第１及び第２障壁層間に介在する量子井戸層と、を含む共鳴トンネル構造を具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第６の視点は、第１乃至５のいずれかの視点の磁気記録媒体において、前記積層膜が、前記第１及び第２磁性体膜間に介在する非磁性体膜を更に具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第７の視点は、第１乃至６のいずれかの視点の磁気記録媒体において、前記半導体層と前記第１磁性体膜とが前記ショットキー接合を介して接続されること特徴とする。
【００１３】
本発明の第８の視点は、第１乃至７のいずれかの視点の磁気記録媒体の使用法法において、前記記録磁区に沿ってプローブを走査させながら、前記プローブから各磁区にホットエレクトロンを注入し、各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層から流出する電流に基づいて磁気記録を読み出すことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第９の視点は、第１乃至７のいずれかの視点の磁気記録媒体の使用法法において、前記記録磁区に対応して前記磁気記録媒体に配線を接続し、前記配線から各磁区にホットエレクトロンを注入し、各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層から流出する電流に基づいて磁気記録を読み出すことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１０の視点は、磁気記録装置において、
マトリックスとして配置された前記記録磁区を有する第１乃至７のいずれかの視点の磁気記録媒体と、
各磁区にホットエレクトロンを注入するための複数の注入線と、
夫々が各磁区と前記注入線とを接続するように配設された複数のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオン及びオフするため複数のアドレス線と、
各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層からの電流を注出するための複数の注出線と、
を具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１１の視点は、第１０の視点の磁気記録装置において、各アドレス線と各注出線とが共通のワード線からなることを特徴とする。
本発明の第１２の視点は、第１０または１１の視点の磁気記録装置において、夫々が各スイッチング素子を介して前記注入線に接続された、各磁区の記録磁化方向を書替えるための複数の磁場発生手段を更に具備することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１３の視点は、第１２の視点の磁気記録装置において、前記スイッチング素子と前記記録磁区とが前記磁場発生手段を介して接続されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、図１乃至図４を参照して、本発明に係る磁気記録の原理を説明する。
磁性体の中では、電子状態密度に関し、アップスピンバンドとダウンスピンバンドとが分裂している。例えば、図１（ａ）に示すように、磁性体膜Ｆ１／非磁性体膜Ｎ１／磁性体膜Ｆ２構造の積層膜ＭＬＦにおいて、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２の磁化方向ＭＤ１、ＭＤ２が逆向きであるとする。この場合、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２における電子状態密度は、アップスピン電子（図において上向き矢印で示す）及びダウンスピン電子（図において下向き矢印で示す）に関して逆の特性を有するようになる。
【００１９】
図２（ａ）は積層膜ＭＬＦの磁性体膜Ｆ２にトンネル障壁ＴＢを介して非磁性体膜Ｎ２が接続されると共に、磁性体膜Ｆ２にシリコン等からなる半導体膜ＳＥＭがショットキー接合された構造を示す。この構造において、非磁性体膜Ｎ２が負となるように非磁性体膜Ｎ２と積層膜ＭＬＦとの間に電圧が印加されると、非磁性体膜Ｎ２からは、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２のフェルミ準位Ｅ_F より高いエネルギーＥＮを有する電子（ホットエレクトロン）が発生する。
【００２０】
ここでまず、図２（ａ）に示すように、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２の磁化方向ＭＤ１、ＭＤ２が逆向き（反平行）のままであるとする。この場合、エネルギーＥＮにおける磁性体膜Ｆ２の電子状態密度は、ダウンスピン電子に対して高く、アップスピン電子に対して実質的に零である。このため、非磁性体膜Ｎ２からは、ダウンスピン電子のみがトンネル障壁ＴＢを通過し、磁性体膜Ｆ２に至る。しかし、エネルギーＥＮにおける磁性体膜Ｆ１の電子状態密度はダウンスピン電子に対して実質的に零である。このため、トンネル障壁ＴＢを通過したダウンスピン電子は磁性体膜Ｆ１により反射され、磁性体膜Ｆ２から磁性体膜Ｆ１に進むことはできない。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、磁性体膜Ｆ２の磁化方向が変化し、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２の磁化方向ＭＤ１、ＭＤ２が同じ（平行）となったとする。この場合、エネルギーＥＮにおける磁性体膜Ｆ１、Ｆ２の電子状態密度は共に、アップスピン電子に対して高く、ダウンスピン電子に対して実質的に零である。このため、非磁性体膜Ｎ２からは、アップスピン電子のみがトンネル障壁ＴＢ及び磁性体膜Ｆ２を通過し、更に、反射されることなく磁性体膜Ｆ１に進むことができる。
【００２２】
非磁性体膜Ｎ２と積層膜ＭＬＦとの間の印加電圧が、磁性体膜Ｆ１と半導体膜ＳＥＭとの間のショットキー障壁の高さを超えると、磁性体膜Ｆ１に至ったアップスピン電子の一部は半導体膜ＳＥＭに流れ込む。一旦半導体膜ＳＥＭ内に流れ込んだ電子は、接合電場のために積層膜ＭＬＦに戻ることはできず、半導体膜ＳＥＭ内でエネルギーを失い、コレクタ電流となる。
電子の注入源となる非磁性体膜Ｎ２と積層膜ＭＬＦとをトンネル接合を介して接続すると、注入電子（ホットエレクトロン）のエネルギーを自在に変えることができる。例えば、図３及び図４に夫々示すように、代表的な強磁性体であるＦｅやＣｏの電子状態密度は、フェルミ準位よりぞれぞれ約１．５ｅＶ及び約１．２ｅＶ上に鋭い極大を持っている。従って、トンネル接合を使用することにより、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２の電子状態密度の極大に合うような特定のエネルギーの電子を、非磁性体膜Ｎ２から選択的に注入することができる。これにより、例えば、ショットキー接合を介して電子を注入する場合に比べて高い感度が得られるようになる。
図５は本発明の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す。
【００２３】
図５に示す磁気記録媒体においては、コレクタ１０となる半導体層１１上に、ショットキー接合を介してベース２０となる積層膜２１が配設される。積層膜２１は、第１磁性体膜２２／非磁性体膜２３／第２磁性体膜２４からなる。第１磁性体膜２２は、磁化方向が固定され且つ半導体層１１とショットキー接合を形成する。第２磁性体膜２４は複数の記録磁区２５に分割される。第１及び第２磁性体膜２２、２４は、非磁性体膜２３の膜厚を適当に選択することにより磁気的に非結合状態になっている。
【００２４】
半導体層１１としては例えばｎ型シリコン基板が用いられる。第１及び第２磁性体膜２２、２４としては例えばＣｏ膜、ＣｏＦｅ膜、ＮｉＦｅ膜等の強磁性体膜が用いられる。非磁性体膜２３としては例えばＣｕ膜、Ａｇ膜等の非磁性金属膜が用いられる。
第２磁性体膜２４の記録磁区２５の磁化方向は「１」、「０」信号に対応し、第１磁性体膜２２の磁化方向と同じ（平行）または逆（反平行）に設定される。即ち、各記録磁区２５の磁化方向は、本磁気記録媒体に記録される情報に従って、予め磁気ヘッド（図示せず）によって任意に設定される。
【００２５】
記録情報の読み出しは、図５に示すように、エミッタ３０として機能する非磁性プローブＰ１を介して行われる。この時、エミッタ／ベース間には、半導体層１１と第１磁性体膜２２との間のショットキー障壁の高さを超える直流電圧が印加される。このため、非磁性体膜２３が負となるように、プローブＰ１と非磁性体膜２３との間に直流電源Ｖ１が接続される。また、各記録磁区２５の磁化方向に依存して変化する半導体層１１から流出する電流は、電流計Ａ１により検出される。電流計Ａ１は半導体層１１の表面或いは裏面に配設されたオーミック電極（図示せず）と非磁性体膜２３との間に接続される。
【００２６】
前述の如く、第１及び第２磁性体膜２２、２４の磁化方向が平行な場合は、磁化方向が反平行な場合よりも、大きな電流が電流計Ａ１で検出される。従って、検出された電流値から、記録情報を表す信号「１」、「０」を読み出すことができる。この読み出し方法では、磁気ヘッドに換えて非磁性プローブＰ１を用いているため、微小記録磁区を磁気的に破壊することなく情報の読み出しを行うことができる。
【００２７】
より具体的には、ベース／エミッタ間に直流電源Ｖ１から電圧を印加すると、エミッタ３０である非磁性プローブＰ１からベース２０にホットエレクトロンが注入される。ベース２０が電子の非弾性散乱長に比べて十分に薄ければ、ホットエレクトロンはエネルギーを失わずにベース／コレクタ界面に到達する。注入電圧がベース／コレクタ間のショットキー障壁の高さより低い場合は、ホットエレクトロンはコレクタ内にはいることはできず、ベースから流れ出す。
【００２８】
注入電圧がショットキー障壁の高さを超えると、ホットエレクトロンの一部はコレクタ１０内に流れ込むが、一度コレクタ１０内に流れ込んだホットエレクトロンは、接合電場のためにベース２０に戻ることはできず、コレクタ１０内でエネルギーを失い、コレクタから電流計Ａ１を通って流れ出す。
【００２９】
ベース２０が上述のような積層膜２１で形成されている場合、ベース２０内に注入されたホットエレクトロンがベース／コレクタ界面に到達する率は、積層膜２１の第１及び第２磁性体膜２２、２４の磁化方向に強く依存する。即ち、第１及び第２磁性体膜２２、２４の磁化方向が同じ場合には、ホットエレクトロンはスピン散乱を受けずにコレクタ１０に到達できるが、第１及び第２磁性体膜２２、２４の磁化方向が逆向きの場合には、強いスピン散乱を受けるため、ほとんどがコレクタ１０に到達できず、ベース２０でエネルギーを失い、ベース２０から流れ出てしまう。
【００３０】
この現象は、前述の図１（ｂ）（ｃ）に模式的に示すように、強磁性体では、アップスピン及びダウンスピンの電子状態密度が非対称であることに起因する。特に、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性体ではフェルミ準位の上方でアップスピンとダウンスピンの電子状態密度が著しく非対称となる。なお、ホットエレクトロンのスピンの向きが非磁性体膜２３内で保たれるように、非磁性体膜２３の厚さはスピン拡散長に比較して十分薄くなるように設定される。
［実施例１］
図５に示す磁気記録媒体の具体的な作成例とその特性を示す。
【００３１】
コレクタ１０の半導体基板１１として、硼素を１０¹⁶／ｃｍ³ ドープしたｎ型シリコンを用い、その上に磁性積層膜２１を真空蒸着法により形成した。第１磁性体膜２２には保磁力が約３００エルステッドの角形ヒステリシスを示すＣｏＦｅ合金膜を、第２磁性体膜２４には保磁力が約３０エルステッド、飽和磁場が約６０エルステッドのＦｅ膜を、非磁性体膜２３にはＡｕ膜を用いた。膜２２、２３、２４の膜厚は夫々２ｎｍ、１０ｎｍ、２ｎｍとし、磁化測定により第１及び第２磁性体膜２２、２４が磁気的に非結合状態にあることを確認した。
【００３２】
ベース／コレクタ間のショットキー接合は、ｎ型シリコン基板１１の表面の自然酸化膜を弗酸により除去した後、１ｎｍの厚さのＡｕ膜を介在させることによって行った。Ａｕ膜を介在させたのはリークの少ない良好なショットキー接合を形成するためである。コレクタ１０へのオーミックコンタクトは、ＡｕＳｂ合金をシリコン基板１１の裏面に真空蒸着した後に熱処理することにより行った。
【００３３】
エミッタに対応する非磁性プローブＰ１及びそれからのホットエレクトロン注入には走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）装置を改造して用いた。ＳＴＭ装置を用いると、プローブとベース電極との間に流れるトンネル電流を一定に保ったまま、プローブ／ベース間の電圧を上昇させることができる。非磁性プローブＰ１には電解研磨の後電界蒸発法で形成したＲｅプローブを用い、一方コレクタ電流の測定は、オペレーショナルアンプ回路で行った。
【００３４】
トンネル電流Ｉを一定に保ちながらプローブ／ベース間の電圧Ｖを増加させたところ、電圧Ｖがベース／コレクタ間のショットキー障壁（〜０．８Ｖ）を越えると、コレクタ電流Ｉｃが流れ始めた。電圧Ｖと電流Ｉとを適当な値に固定した状態でプローブを走査し、プローブ位置によるコレクタ電流Ｉｃの変化を画像処理したところ、数１０ミクロンの大きさの明暗の縞模様が観測された。この縞模様は第１及び第２磁性体膜２２、２４の磁化方向の相対関係を反映する。即ち、第１及び第２磁性体膜２２、２４の磁化方向が同じ領域はＩｃが大きいので明るく、逆の領域はＩｃが小さいので暗くなる。
【００３５】
次に、約３００エルステッドの外部磁場を膜に平行に印加して第１磁性体膜２２を一旦飽和させた後、外部磁場零の下で上述の測定と同様な測定を行った。その結果、先と同様な明暗の縞模様が観測された。しかし、この場合、第１磁性体膜２２の磁化方向は一様に一方向を向いているので、縞模様は第２磁性体膜２４の記録磁区２５の磁化方向に対応する。即ち、第１磁性体膜２２の磁化方向に対して磁化方向が平行な記録磁区２５は明るく、磁化方向が反平行な記録磁区２５は暗くなる。
【００３６】
次に、プローブＰ１を適当な一つの記録磁区２５の位置に固定し、振幅±６０エルステッド、振動数１ｋＨｚの外部磁場を印加した状態でコレクタ電流Ｉｃを観測した。その結果、図１８に示すようにＩｃが外部磁場に同期して変化するのが観測された。即ち、この結果から、記録磁区２５の磁化方向を電気的に読み出すことができることが判明した。
【００３７】
図６は本発明の別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す。
図６に示す磁気記録媒体においては、コレクタ１０となる半導体層１１上に、ショットキー接合を介してベース２０となる積層膜２１が配設される。積層膜２１上には、トンネル絶縁膜４１からなるトンネル接合部４０を介して、エミッタ３０となる非磁性金属膜３１が配設される。積層膜２１は、図５に示す磁気記録媒体と同様、第１磁性体膜２２／非磁性体膜２３／第２磁性体膜２４からなる。第１磁性体膜２２は、磁化方向が固定され且つ半導体層１１とショットキー接合を形成する。第１及び第２磁性体膜２２、２４は、非磁性体膜２３の膜厚を適当に選択することにより磁気的に非結合状態になっている。ベース２０及びエミッタ３０は、第２磁性体膜２４の複数の記録磁区２５に対応するように、トレンチに埋め込まれた絶縁膜１２により分割される。
【００３８】
図６に示す磁気記録媒体の記録情報の読み出しは、図５に示すプローブＰ１を用いて行うこともできるが、後述するように、記録磁区２５に対応して磁気記録媒体に接続した配線を用いて行うこともできる。即ち、配線からエミッタ３０及びトンネル接合部４０を介して、各磁区２５にホットエレクトロンを注入し、各磁区の記録磁化方向に依存して変化する半導体層１１から流出する電流に基づいて磁気記録を読み出す。配線を介してホットエレクトロンを注入することにより、各軸２５に対してコンピュータ本体から直接電気的にアクセスすることが可能となる。また、トンネル接合を使用することにより、前述の如く、第１及び第２磁性体膜２２、２４の電子状態密度の極大に合うような特定のエネルギーの電子を、非磁性金属膜３１から選択的に注入することができる。
［実施例２］
図６に示す磁気記録媒体の具体的な作成例とその特性を示す。
【００３９】
実施例１と同様な方法で、コレクタ１０となるｎ型Ｓｉ基板１１を調製し、その上にＦｅＣｏ／Ａｕ／Ｆｅ磁性積層膜２１を形成した。次に、積層膜２１上にＡｌ膜を５ｎｍ蒸着し、その表面をＯ₂ −Ｈ₂ Ｏ混合ガスで酸化してトンネル絶縁膜４１を形成した。エミッタ３０となる非磁性金属膜３１には厚さ２００ｎｍのＡｌ膜を用い、エミッタ／ベース間のトンネル接合はＡｌ／ＡｌＯ_x ／Ａｌの構造とした。ベース／コレクタ間の層間絶縁膜にはシリコン熱酸化膜を用い、エミッタ／ベース間の層間絶縁膜にはＳｉＯを用いた。接合面積は１μｍ×１μｍで、接合内でスピンバルブ膜が単磁区構造となるようにした。
【００４０】
実施例１と同様に、３００エルステッドの外部磁場で第１磁性体膜２２の磁化を飽和させた後、＋６０エルステッド或いは−６０エルステッドの外部磁場を印加した。この状態でトンネル電圧Ｖを増大させたところ、０．８Ｖ以上でコレクタ電流Ｉｃが観測された。ここで、外部磁場が＋６０エルステッドの場合（図１９に線Ｌａで示す）の電流は、外部磁場が−６０エルステッドの場合（図１９に線Ｌｂで示す）の電流より約１桁大きくなった。外部磁場は第２磁性体膜２４の磁化方向を決定するものであるから、第２磁性体膜２４の磁化方向によってＩｃが大きく相違したこととなる。即ち、この結果から、記録磁区２５の磁化方向を直接電気的に読み出すことができることが判明した。
【００４１】
図７は本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す。
図７に示す磁気記録媒体においては、コレクタ１０となる半導体層１１上に、ショットキー接合を介してベース２０となる積層膜２６が配設される。積層膜２６は第１磁性体膜２２／非磁性体膜２３からなる。積層膜２６上には、トンネル絶縁膜４１からなるトンネル接合部４０を介して、エミッタ３０となる第２磁性体膜２４が配設される。即ち、第１磁性体膜２２がベース２０に含まれる一方、第２磁性体膜２４がエミッタ３０に含まれる。
【００４２】
第１磁性体膜２２は、磁化方向が固定され且つ半導体層１１とショットキー接合を形成する。第２磁性体膜２４は複数の記録磁区２５に分割される。第１及び第２磁性体膜２２、２４は磁気的に非結合状態になっている。ベース２０及びエミッタ３０は、第２磁性体膜２４の複数の記録磁区２５に対応するように、トレンチに埋め込まれた絶縁膜１２により分割される。
【００４３】
図８は本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す。
図８に示す磁気記録媒体は、図７に示す構造の非磁性体膜２３が省略された構造を有する。図８に示す構造では、但し、第１及び第２磁性体膜２２、２４が磁気的に非結合状態となるように、トンネル絶縁膜４１を厚くすることが必要となる。
【００４４】
図７及び図８に示す磁気記録媒体の記録情報の読み出しは、図５に示すプローブＰ１を用いて行うこともできるが、図６に示す磁気記録媒体と同様、記録磁区２５に対応して磁気記録媒体に接続した配線を用いて行うこともできる。
【００４５】
図７及び図８に示す磁気記録媒体は図６に示す磁気記録媒体に比較してベース２０内の膜の数が少なくなるため、ベース２０部を薄くすることができる。また、ベース２０内の界面の数が少なくなるため、スピンの向きに依存しない散乱が減少する。このため、ホットエレクトロン電流及び従ってコレクタ電流が増加し、情報の読み出し特性が向上する。このような理由から、図７及び図８に示す磁気記録媒体では図６に示す磁気記録媒体よりも優れた特性を期待することができる。
【００４６】
次に、エミッタ３０とベース２０との間で電子の注入を制御するトンネル接合部として共鳴トンネル接合を使用した実施の形態について述べる。
近年、量子効果デバイスが注目される中、共鳴トンネルデバイスは室温動作がすでに確認されている量子効果デバイスとして知られている（Ｒｉｃｈａｒｄ．Ａ．Ｋｉｅｈｌａｎｄ，Ｔ．Ｃ．Ｌ．ＧｅｒｈａｒｄＳｏｌｌｎｅｒ，ＨｉｇｈＳｐｅｅｄＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅＤｅｖｉｃｅｓ，ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｎｄＳｅｍｉｍｅｔａｌｓ４１）。共鳴トンネルダイオードは、図９に示されている様な半導体ヘテロ接合を用いたデバイスについては実験及び理論計算が数多くなされている。特に、図９の様な構造を持つ共鳴トンネルダイオードは二重障壁共鳴トンネルダイオードと呼ばれ、ＡｌＧａＡｓの領域が障壁部分に相当している。また、障壁の数は幾つあっても共鳴トンネル現象が起こることは良く知られている。
【００４７】
図１０はカソードの電圧の変化に対するアノード電流の変化を示す（Ｈ．Ｏｈｎｉｓｈｉａｎｄｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４９（１９８６），１２４８）。図１０からもわかるように、特定の電圧において電流電圧特性に鋭いピークが見られるのがわかる。この現象が共鳴トンネル現象として知られており、障壁に挟まれた量子井戸と呼ばれる領域にできる共鳴準位とカソードのフェルミ準位が一致した時、電子のトンネル確率が１となり、電子のトンネル抵抗が小さくなる現象として理解される。この様に共鳴トンネルダイオードは、図１０に示すように負微分電流電圧特性を示し、非常に感度が良い。
【００４８】
この半導体ヘテロ接合を用いた二重障壁トンネルダイオードに磁場を印加すると、ゼーマン効果がおき、量子井戸内の共鳴準位が電子のスピンに応じて、分裂を起こす。このため、カソード側から注入された電子のスピンの状態（アップまたはダウン）の違いにより、電流電圧特性のピークの位置に相違が現れる。この現象を用いることにより、カソード側の電子のスピン状態をアノード電流のピークの位置を測定することにより、識別することが可能である。
【００４９】
共鳴トンネルデバイスは、半導体ヘテロ接合を用いたデバイスについて実験が主になされてきたが、現象そのものは図９に示す構造を持っていれば材料に依存しない。しかし、量子井戸におけるフォノン等の散乱が少なく、電子濃度が希薄な状態の方が共鳴トンネル現象が顕著に見えるため、多くの実験が半導体の中でなされてきた。よって、金属／絶縁体または金属／半導体のヘテロ接合を用いた共鳴トンネルダイオードについても共鳴トンネル現象は見え、昨今この様な系を用いた共鳴トンネルダイオードの実験報告もなされてきている。
【００５０】
金属（ＣｏＳｉ₂ ）／絶縁体（ＣａＦ₂ ）ヘテロ接合はバンド不連続が１５ｅＶと大きく、半導体ヘテロ接合のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのバンド不連続０．２５ｅＶに比較して６０倍以上ある。図９に示す構造の障壁にＣａＦ₂ 、量子井戸にＣｏＳｉ₂ を用いることにより、二重障壁トンネルダイオードを実現することができる。バンド不連続が大きいため、カソードから注入された電子のトンネル確率が低いので、障壁及び量子井戸層を薄くすることが必要であるが、障壁層を０．９ｎｍ、量子井戸層を１．９ｎｍでつくることにより共鳴トンネル現象を期待することができる。
【００５１】
また、金属／絶縁体のヘテロ接合については半導体ヘテロ接合と異なり、数分子層を制御する技術があり、この様な共鳴トンネルダイオードを実現することができる。実際、このＣａＦ₂ ／ＣｏＳｉ₂ ヘテロ接合を用いた３重障壁共鳴トンネルダオードについては室温により負微分抵抗特性が確認されている（Ｔ．Ｓｕｅｍａｓｕａｎｄｅｔ．ａｌ．，ＥｌｅｃｔｒｏｎＬｅｔｔ．２８，１４３２（１９９２））。また、金属（ＮｉＡｌ）／半導体（ＡｌＡｓ）ヘテロ接合共鳴トンネルダイオードについても負微分抵抗特性が確認されている（Ｎ．Ｔａｂａｔａｂａｉｅａｎｄｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５３，２５２８（１９８８））。
【００５２】
前記理由により、他の金属／絶縁体ヘテロ接合についても実現可能である。たとえば、金属にＦｅを用いて、この上にＡｌを成長させて、このＡｌを酸化させることにより、金属（Ｆｅ）／絶縁体（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）ヘテロ接合をつくることができる。このヘテロ接合のバンド不連続も１５ｅＶ程度の大きさを持ち、膜厚をＣａＦ₂ ／ＣｏＳｉ₂ ヘテロ接合と同程度の大きさにすることにより、共鳴トンネルダイオードを実現することができる。
【００５３】
更に、この様に、量子井戸にＦｅの様な強磁性体を用いれば、分子場によりアップスピン電子とダウンスピン電子との間に１ｅＶ程度のエネルギー準位の差が生じている。このため、量子井戸の共鳴準位もアップスピン電子とダウンスピン電子とで分裂を起こしていることになる。よって、カソード側から入ってくる電子のスピン状態によって電流電圧特性のピークの位置に相違が生じることになり、カソード側の電子のスピン状態を識別することが可能になる。
【００５４】
また、この様な強磁性体を用いた共鳴トンネルダイオードは、半導体ヘテロ接合共鳴トンネルダイオードと異なり、強磁場を外部から印加することなく、カソードの電子のスピン状態を識別することが可能になる。また、金属／半導体ヘテロ接合として、Ｆｅ／ＺｎＳｅヘテロ接合を用いることも可能である。更に、グラファイトの様な半金属を障壁部分に用いることも可能である。特に、グラファイトは面に垂直方向に状態がないため、絶縁体的な振る舞いとすると同時に、分子層ごとの制御がしやすいので障壁部分を作成しやすい特徴をもつ。
【００５５】
共鳴トンネル接合部は、図６乃至図８を参照して述べた実施の形態のいずれのトンネル接合部としても使用することができる。図１１は、その一例として、図６に示す磁気記録媒体に共鳴トンネル接合部を用いた構造を概念的に示す。図１１中、図６と共通する部分には同一符号を付してあり、それらの詳細な説明は必要に応じてのみ行う。
【００５６】
即ち、この磁気記録媒体は、コレクタ１０、ベース２０及びエミッタ３０を有し、エミッタ／ベース間のトンネル接合部５０として二重障壁共鳴トンネルダイオードが使用される。トンネル接合部５０は、ベース２０側に位置する一方の障壁である半導体からなる障壁層５１、量子井戸に相当する半導体からなる量子井戸層５２、エミッタ３０側に位置する他方の障壁である半導体からなる障壁層５３を有する。なお、トンネル接合部５０に用いる共鳴トンネルダイオードには、半導体ヘテロ接合共鳴トンネルダイオード以外にも、前述の金属／絶縁体ヘテロ接合若しくは金属／半導体共鳴トンネルダイオードを用いることもできる。また、二重障壁共鳴トンネルダイオードに代え、三重障壁共鳴トンルダイオード若しくはそれ以上の障壁を持つ共鳴トンネルダイオードを用いることも可能である。
【００５７】
トンネル接合部５０は、共鳴トンネルダイオードの共鳴準位が、ベース／コレクタ間のショットキー障壁の高さを越えるものでなくてはならない。この共鳴準位は、共鳴トンネルダイオードの材料及び量子井戸の厚さを適当に選ぶことにより適宜設定可能である。また、共鳴トンネルデバイスの注入電圧に対するコレクタ電流の感度を良くするため、ベース／コレクタ間電圧を逆電圧にすることにより、ベース／コレクタ間障壁の高さを調整することも可能である。
【００５８】
図１１に示す磁気記録媒体においては、トンネル接合部５０に共鳴トンネルデバイスを用いており、エミッタ３０の金属膜３１とベース２０の積層膜２１とを絶縁すると共に、共鳴準位に匹敵するエミッタ電圧に対しては、トンネル確率１で積層膜２１にホットエレクトロンを注入することが可能になる。即ち、エミッタから注入するホットエレクトロンのエネルギーがトンネル確率により選択され、エネルギー幅の狭い電子を注入することが可能になる。よって、これにより、注入される電子のエネルギーが選択されるので、図１（ａ）、（ｂ）に示すような状態密度をもつ磁性体を考慮すると、注入される電子のエネルギー幅が小さい分より高い感度が期待される。更に、金属／絶縁体ヘテロ接合共鳴トンネルダイオードのようにバンド不連続が大きい材料を用いれば、共鳴準位の線幅が細くなるので、より高感度の磁気抵抗効果を期待することができる。
【００５９】
エミッタ３０の金属膜３１とトンネル接合部５０との間に、更に薄い絶縁膜をはさみ込み、電流密度の大きさを調整することにより電流密度の絶対値を調整することが可能である。また、トンネル接合部５０の共鳴トンネルダイオードの障壁の厚さを調整すことによっても、電流密度の絶対値を調整することが可能である。
【００６０】
図１２は本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す。
図１２に示す構造は、エミッタ３０としてコレクタ１０と同様な半導体層３２を用いたものである。即ち、エミッタ３０とベース２０とは第２のショットキー接合を形成する。従って、エミッタ３０からベース２０への電子の注入がトンネル過程ではなく、ショットキー接合を介して熱的過程によって行われる。図１２に示す磁気記録媒体のそれ以外の原理については図６に示す磁気記録媒体と同様である。
【００６１】
図１２に示す磁気記録媒体は、しかし、図６に示す磁気記録媒体と比べると注入電圧を十分に高くすることはできないため、注入電流に比較してコレクタ電流が小さくなりやすい。その理由は、ベース／コレクタ界面のホットエレクトロンの透過率がそのエネルギーに大きく依存するためである。また、２つのショットキー接合を良好に形成する上で、成膜条件や膜構造等を良好に制御する必要がある。従って、これらの観点からは、本発明におけるより好ましい態様は前述のようにトンネル接合を介して電子を注入するタイプの磁気記録媒体である。
【００６２】
更に、図１２に示す磁気記録媒体においては、エミッタ３０となる半導体層３２に偏光した光を照射してスピン偏極電子を励起し、ホットエレクトロンとしてベース２０に注入してもよい。このような構成とした場合、半導体層３２にはＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ等の化合物半導体やＣｄＳｉＡｓ₂ 等のカラコパライト型半導体に代表される直接遷移型半導体が用いられる。このような直接遷移型半導体に円偏光を照射すると、円偏光の偏光方向に基く極性を持つスピン偏極電子が励起される。このようなスピン偏極電子が励起された半導体は、スピン偏極した電子を注入するエミッタ３０として機能し得る。
【００６３】
なお、図５乃至図１２の磁気記録媒体において、第１及び第２磁性体膜２２、２４には、膜面に平行或いは垂直な方向に一軸性の磁気異方性が導入されていることが望ましい。また、非磁性体膜２３として、第１及び第２磁性体膜２２、２４との間で原子拡散の少ない非磁性金属膜を用いることが望ましい。更に、非磁性体膜２３として、ホットエレクトロンの界面散乱を小さくするため、状態密度の大きい反強磁性体膜を用いることが望ましい。また、半導体層１１と積層膜２１との間は、金属層を介在させてショットキー特性を改善することができる。また、積層膜２１上に保護層やトンネル特性を改善するための金属層を介在させることができる。
本発明に係る磁気記録媒体の使用態様としては、次のようなものを例示することができる。
【００６４】
第１は、通常の磁気ディスクと同様な使用態様である。情報の書き込みは磁気ヘッドで行い、読み出しを非磁性プローブからホットエレクトロンを注入することによって行う（図５参照）。
【００６５】
第２は、半導体ＲＯＭとして用いる態様である。ＲＯＭパッケージ或いはＲＯＭカードとして予め情報を記録しておきコンピュータ本体に装着して用いる。読み出しはトンネル接合からホットエレクトロンを注入することによって行う（図６参照）。
【００６６】
第３は、上述の第１及び第２の使用態様の中間的な新規な態様である。即ち、情報の書き込みは磁気ディスクと同様に磁気ヘッドを用いて行い、読み出しはトンネル接合を介してホットエレクトロンを注入することによって行う。この場合、図１３に模式的に示すように、磁気ディスク７２上にメモリセル領域７４と交互に、各ビットにアクセスするための回路７６を形成することができる。
【００６７】
第４は、上述の第２の使用態様に加えてＲＯＭに書き込み用の配線を更に設け、ＳＲＡＭとして用いる態様である。この場合、書き込み用の配線を介して供給される電流により発生する磁場を用いて情報を書き込むことができる。
【００６８】
次に、本発明に係る磁気記録媒体を用いたＲＯＭ或いはＲＡＭ、即ち本発明に係る磁気記録装置について説明する。
図１４は、図６乃至図８並びに図１１及び図１２のいずれかに示す磁気記録媒体を用いて構成したＲＯＭを示す回路図である。
【００６９】
図において、磁気記録媒体の各記録磁区２５に対応する、コレクタ１０、ベース２０及びエミッタ３０の部分からなる単位構造（図６乃至図８並びに図１１及び図１２参照）即ち３端子ユニット６４は、バイポーラトランジスタとして示される。ＲＯＭの各メモリセル６２は、１つの３端子ユニット６４と、スイッチング素子である１つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）６６とを有する。記録磁区２５に対応する３端子ユニット６４は行及び列により規定されるマトリックスとして配列され、従ってメモリセル６２もマトリックスを形成するように配列される。
【００７０】
マトリックスの行方向に沿ってビット線ＢＬが配設され、列方向に沿ってワード線ＷＬが配設される。ビット線ＢＬはＦＥＴ６６のソース／ドレインを介して３端子ユニット６４のエミッタ３０に接続される。ワード線ＷＬはＦＥＴ６６のゲート及び３端子ユニット６４のコレクタ１０に接続される。３端子ユニット６４のベース２０はグランドに接続される。
【００７１】
３端子ユニット６４の記録磁区２５の磁化方向により記録された信号を読み出す際は、ワード線ＷＬに電圧を印加しＦＥＴ６６をオンにする。この状態でビット線ＢＬから３端子ユニット６４のエミッタ３０に電流を注入する。そして、３端子ユニット６４のコレクタ１０からの電流をワード線ＷＬに注出し、その電流値を検出する。これにより、前述の如く、記録磁区２５の磁化方向により記録された信号「１」、「０」を読み出すことができる。
【００７２】
即ち、図１４に示す磁気記録装置においては、ビット線ＢＬは記録磁区２５にホットエレクトロンを注入するための注入線として機能する。また、ワード線ＷＬはスイッチング素子をオン及びオフするためアドレス線として機能すると共に、コレクタからの電流を注出するための注出線として機能する。
【００７３】
アドレス線及び注出線は、図１５に示すように、別々に配設してもよい。図１５に示す磁気記録装置において、第１ワード線ＷＬ１がアドレス線として機能し、第２ワード線ＷＬ２が注出線として機能する。
【００７４】
即ち、本発明に係るＲＯＭは、第１磁性体膜２２とマトリックスとして配置された複数の記録磁区２５を有する第２磁性体膜２４とを含む積層膜と、積層膜の一方の面にショットキー接合を介して接続された半導体層１１と、を具備する磁気記録媒体（図６乃至図８並びに図１１及び図１２参照）を用いて構成され、更に、図１４及び図１５図示の如く、
各磁区２５にホットエレクトロンを注入するための複数の注入線（ビット線）ＢＬと、
夫々が各磁区２５と注入線ＢＬとを接続するように配設された複数のスイッチング素子（ＦＥＴ）６６と、
スイッチング素子６６をオン及びオフするため複数のアドレス線（ワード線）ＷＬ若しくはＷＬ１と、
各磁区２５の記録磁化方向に依存して変化する半導体層１１からの電流を注出するための複数の注出線（ワード線）ＷＬ若しくはＷＬ２と、
を具備する。
【００７５】
ここで、図１５図示の如く、各アドレス線及び各注出線は共通のワード線ＷＬに纏めることができる。
図１６は、図６乃至図８並びに図１１及び図１２のいずれかに示す磁気記録媒体を用いて構成したＲＡＭを示す回路図である。
【００７６】
図において、磁気記録媒体の各記録磁区２５に対応する、コレクタ１０、ベース２０及びエミッタ３０の部分からなる単位構造（図６乃至図８並びに図１１及び図１２参照）即ち３端子ユニット６４は、バイポーラトランジスタとして示される。ＲＡＭの各メモリセル６２は、１つの３端子ユニット６４と、スイッチング素子である１つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）６６と、記録磁区２５の磁化方向を書き替えるための磁場発生素子（例えば、抵抗体やコイル）６８とを有する。記録磁区２５に対応する３端子ユニット６４は行及び列により規定されるマトリックスとして配列され、従ってメモリセル６２もマトリックスを形成するように配列される。
【００７７】
マトリックスの行方向に沿ってビット線ＢＬが配設され、列方向に沿ってワード線ＷＬが配設される。ビット線ＢＬはＦＥＴ６６のソース／ドレインを介して磁場発生素子６８の一端に接続される。磁場発生素子６８の他端は３端子ユニット６４のエミッタ３０に接続される。ワード線ＷＬはＦＥＴ６６のゲート及び３端子ユニット６４のコレクタ１０に接続される。３端子ユニット６４のベース２０はグランドに接続される。
【００７８】
３端子ユニット６４の記録磁区２５に信号を書き込む際は、ワード線ＷＬに電圧を印加しＦＥＴ６６をオンにする。この状態でビット線ＢＬから磁場発生素子６８に電流を注入し、磁場を発生させる。この磁場により、記録磁区２５の磁化方向を第１磁性体膜２２と平行或いは反平行に設定することにより信号「１」、「０」を書き込むことができる。
【００７９】
３端子ユニット６４の記録磁区２５の磁化方向により記録された信号を読み出す際は、図１４に示す磁気記録装置と同じ操作を行う。但し、読み出し時の注入電流は、書き込み時の注入電流よりも弱くする。これにより、記録磁区２５の磁化方向により記録された信号を破壊しないようにすることができる。
【００８０】
即ち、図１６に示す磁気記録装置においても、ビット線ＢＬは注入線として機能し、ワード線ＷＬはアドレス線及び注出線として機能する。しかし、アドレス線及び注出線は、図１７に示すように、別々に配設してもよい。図１７に示す磁気記録装置において、第１ワード線ＷＬ１がアドレス線として機能し、第２ワード線ＷＬ２が注出線として機能する。
【００８１】
即ち、本発明に係るＲＡＭは、第１磁性体膜２２とマトリックスとして配置された複数の記録磁区２５を有する第２磁性体膜２４とを含む積層膜と、積層膜の一方の面にショットキー接合を介して接続された半導体層１１と、を具備する磁気記録媒体（図６乃至図８並びに図１１及び図１２参照）を用いて構成され、更に、図１６及び図１７図示の如く、
各磁区２５にホットエレクトロンを注入するための複数の注入線（ビット線）ＢＬと、
夫々が各磁区２５と注入線ＢＬとを接続するように配設された複数のスイッチング素子（ＦＥＴ）６６と、
スイッチング素子６６をオン及びオフするため複数のアドレス線（ワード線）ＷＬ若しくはＷＬ１と、
各磁区２５の記録磁化方向に依存して変化する半導体層１１からの電流を注出するための複数の注出線（ワード線）ＷＬ若しくはＷＬ２と、
夫々が各スイッチング素子６６を介して注入線ＢＬに接続された、各磁区２５の記録磁化方向を書替えるための複数の磁場発生手段６８と、
を具備する。
【００８２】
ここで、磁場発生手段６８は記録磁区２５の電子注入側（実施の形態ではエミッタ）に直列に接続することができる。換言すると、スイッチング素子６６と記録磁区２５とは磁場発生手段６８を介して接続することができる。また、図１７図示の如く、各アドレス線及び各注出線は共通のワード線ＷＬに纏めることができる。
【００８３】
なお、図１４乃至図１７に示す磁気記録装置において、マトリックスの行方向及び列方向は互いに等価であり且つ交換可能なものである。また、図１５及び図１７に示す磁気記録装置において、アドレス線及び注出線として列方向に延びる第１及び第２ワード線ＷＬ１、ＷＬ２を配設したが、アドレス線及び注出線の一方をビット線と平行に行方向に延びるように配設してもよい。即ち、注入線、アドレス線及び注出線は、マトリックスの行方向及び列方向に適宜分配して配設することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の磁気記録媒体及びその使用方法並びに磁気記録装置によれば、読み出し時に磁気的相互作用を利用しないため、より微小な磁区の読み出しが可能となり、より高密度記録が可能となる。また本発明の磁気記録媒体は、直接電気的な読み出しが可能なため、ＲＯＭ、ＲＡＭとして、或いは従来の磁気ディスクと異なりコンピュータ本体から直接アクセスできる高速磁気ディスクとして用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気記録の原理を説明するための図。
【図２】図１（ａ）に示す積層膜にトンネル障壁を介して非磁性体膜が接続されると共にショットキー接合を介して半導体膜が接続された構造を示す図。
【図３】Ｆｅの電子状態密度を示す図。
【図４】Ｃｏの電子状態密度を示す図。
【図５】本発明の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す図。
【図６】本発明の別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す図。
【図７】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す図。
【図８】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す図。
【図９】半導体ヘテロ接合を用いた二重障壁共鳴トンネルデバイスのエネルギーバンドを示す図。
【図１０】図９に示す共鳴トンネルデバイスの電流電圧特性を示す図。
【図１１】図６に示す磁気記録媒体に共鳴トンネル接合部を用いた、本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す図。
【図１２】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す図。
【図１３】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念的に示す平面図。
【図１４】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録装置を示す回路図。
【図１５】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録装置を示す回路図。
【図１６】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録装置を示す回路図。
【図１７】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録装置を示す回路図。
【図１８】実施例１の磁気記録媒体におけるコレクタ電流の外部磁場応答性を示す図。
【図１９】実施例２の磁気記録媒体におけるコレクタ電流のエミッタ／ベース電圧依存性を示す図。
【符号の説明】
１０…コレクタ、１１…半導体層、１２…絶縁膜、２０…ベース、２１…磁性積層膜、２２…第１磁性体膜、２３…非磁性体膜、２４…第２磁性体膜、２５…記録磁区、２６…積層膜、３０…エミッタ、３１…非磁性金属膜、３２…半導体膜、４０…トンネル接合部、４１…トンネル絶縁膜、５０…トンネル接合部、５１…障壁層、５２…量子井戸層、、５３…障壁層、６２…メモリセル、６４…３端子ユニット、６６…ＦＥＴ、６８…磁場発生素子。

Claims

マトリックスとして配置された複数の記録磁区を有する磁気記録装置であって、前記記録磁区の夫々は、
半導体層を具備するコレクタと、
前記半導体層上にショットキー接合を介して接続されるように配設された積層膜を具備するベースと、前記積層膜は互いに磁気的に非結合状態となるように積層された第１及び第２磁性体膜を具備することと、
前記積層膜上にトンネル接合部を介して配設された金属膜を具備するエミッタと、
を具備し、
各磁区にホットエレクトロンを注入し、各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層から流出する電流に基づいて磁気記録を読み出すことを特徴とする磁気記録装置。
マトリックスとして配置された複数の記録磁区を有する磁気記録装置であって、前記記録磁区の夫々は、
半導体層を具備するコレクタと、
前記半導体層上にショットキー接合を介して接続されるように配設された第１磁性体膜を具備するベースと、
前記第１磁性体膜上にトンネル接合部を介して配設された第２磁性体膜を具備するエミッタと、前記第１及び第２磁性体膜は互いに磁気的に非結合状態であることと、
を具備し、
各磁区にホットエレクトロンを注入し、各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層から流出する電流に基づいて磁気記録を読み出すことを特徴とする磁気記録装置。
マトリックスとして配置された複数の記録磁区を有する磁気記録装置であって、前記記録磁区の夫々は、
半導体層を具備するコレクタと、
前記半導体層上にショットキー接合を介して接続されるように配設された積層膜を具備するベースと、前記積層膜は互いに磁気的に非結合状態となるように積層された第１及び第２磁性体膜を具備することと、
前記積層膜上に前記ショットキー接合を介して接続されるように配設された半導体膜を具備するエミッタと、
を具備し、
各磁区にホットエレクトロンを注入し、各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層から流出する電流に基づいて磁気記録を読み出すことを特徴とする磁気記録装置。
前記トンネル接合部は、第１及び第２障壁層と、前記第１及び第２障壁層間に介在する量子井戸層と、を含む共鳴トンネル構造を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録装置。
前記積層膜は、前記第１及び第２磁性体膜間に介在する非磁性体膜を更に具備することを特徴とする請求項１または３に記載の磁気記録装置。
前記第１磁性体膜と前記トンネル接合部との間に積層された非磁性体膜を更に具備することを特徴とする請求項２に記載の磁気記録装置。
前記第１磁性体膜は前記半導体層と前記ショットキー接合を介して接続され且つ磁化方向が固定され、前記第２磁性体膜の磁化方向は、記録される情報に従って、前記記録磁区ごとに前記第１磁性体膜の磁化方向に対して平行または反平行に変更されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁気記録装置。
前記ベース及び前記エミッタは、前記記録磁区ごとに絶縁膜によって分割されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気記録装置。
前記コレクタの前記半導体層は、前記記録磁区に共通であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の磁気記録装置。
各磁区にホットエレクトロンを注入するための複数の注入線と、
夫々が各磁区と前記注入線とを接続するように配設された複数のスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオン及びオフするため複数のアドレス線と、
各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層からの電流を注出するための複数の注出線と、
を具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気記録装置。
各アドレス線と各注出線とが共通のワード線からなることを特徴とする請求項１０に記載の磁気記録装置。
夫々が各スイッチング素子を介して前記注入線に接続された、各磁区の記録磁化方向を書替えるための複数の磁場発生手段を更に具備することを特徴とする請求項１０または１１に記載の磁気記録装置。
前記スイッチング素子と前記記録磁区とが前記磁場発生手段を介して接続されることを特徴とする請求項１２に記載の磁気記録装置。