JPH01178191A - 固体磁気メモリー素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はコンビエータの外部記憶装置としての用いられ
る固体磁気メモリー素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、コンビ二−タ用外部記憶装置は磁気ディスク装置
がその主流を占めているが、磁気テープ装置、フロッピ
ディスク装置も使用されている。

最近では光デイスク装置やＩＣメモリーを用いた電子デ
ィスクも使用されだした。

〔発明が解決しようとする問題点〕

、・従来の磁気ディスク装置は、回転機構を有している
ため、アクセスタイムが大きい欠点があり、又ディスク
及びヘッドに対して機械的耐久性の点で問題があり、同
様に光ディスクも回転機構とその記録再生方法のために
アクセスタイムが大きいという問題点がある。さらに電
子ディスクは不揮発性のため長期のデータの保存が出来
ないという問題点がある。

本発明の目的はこれらの欠点を除去し、回転系を必要と
せず、長期のデータ保存もできるようにした固体磁気メ
モリー電子を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の固体磁気メモリー素子の構成は、フェライト磁
気記憶媒体層の一方の主面上に直接複数の第２のストラ
イプ状超伝導体が所定の間隔をおいて形成され、これら
第２のストライプ状超伝導体および前記フェライト磁気
記憶媒体層の主面上に絶縁層を介して前記舎弟２のスト
ライプ状超伝導体と所定の角度で交差するように複数の
第１のストライプ状超伝導体が所定の間隔をおいて形成
され、前記フェライト磁気記憶媒体層の他方の主面上に
直接複数のストライプ状磁気抵抗効果素子が所定の間隔
で＃成され、前記フェライト磁気記憶媒体層の主面上お
よび前記ストライプ状抵抗効果素子上に絶縁層を介して
複数の第３のストライプ状超伝導体が所定の間隔で形成
され、前記第１および第２の各ストライプ状超伝導体の
交差部分と前記第３のストライプ状超伝導体および前記
ストライプ状磁気抵抗効果素子の交差部分とが前記フェ
ライト磁気記憶媒体層を介して対向する位置に配置され
ていることを特徴とする。、呑旗±唸先＃ね≦±民ｉ 〔作用〕 本発明の構成によれば、回転系が必要なく、機械的耐久
性が問題とならない固体メモリー素子を構成することが
出来る。即ちストライプ状超伝導体に流れる電流による
磁場により磁性媒体に情報を記録し、又ストライプ状磁
気抵抗効果素子ｆこより媒体に書かれた情報を再生し、
これらが媒体と一体に形成されている。又媒体は磁性媒
体を用いているために長期の媒体保存が可能である。

〔実施例〕

次に、本発明を図面により詳細に説明する。

第１図１才本発明の一実施例を示す模式的斜視図であり
、本実施例を用いた記録時および再生時の回路図は第２
図、第３図に示される。

本実施例４は、第１図のようにフエライ）ｆｆｌ気記録
媒体層５の一方の主面ζこ交差した第１のストライプ状
超伝導体２と第２のストライプ状超伝導体１が形成され
ている。ここで第２の超伝導体ｌは直接フェライト磁気
記録媒体層に形成される。

記録時には、この２つのストライプ状超伝導体１゜２に
電流を流し、これらの交点近傍のフェライト磁気記録媒
体５を磁化する。一方フエライト磁気記録媒体層５の他
方の主面には交差したストライプ状磁気抵抗効果素子７
と第３のストライプ状超伝導体８とが形成されている。

ここでフェライト磁気記録媒体層５はストライプ状磁気
効果素子７の上に直接形成される。再生時には第３のス
トライプ状超伝導体８にセンス電流を流し、記憶した磁
化情報をストライプ状磁気抵抗効果素子７の抵抗変化と
して取り出す。

次に、記録時のメモリー回路の構成例を第２図を用いて
説明する。第１のストライプ状超伝導体２と第２のスト
ライプ状超伝導体ｌは、それぞれ第１のスイッチ群２０
．２１．２２．２３．２４゜２５及び２６．２７，２８
．２９と接続している。

スイッチ２６．２７．２８．２９はそれぞれ電流源３０
．３１と接続し、かつ第１のＹ軸アドレスデコーダ１９
と接続している。スイッチ２０゜２１．２２＋２３．２
４．２５は一方で電流源に接続し、他方でデータ＠１”
、“Ｏ”を選択するしている。

また、アンドグー）４７，４８，４９，５０゜５１．５
２はデータ用フリップフロップ４５を会して介してＣＰ
Ｕ及びインターフェース１４に接続し、第１のＸ軸アド
レスデコーダ４４は第１のＸ軸アドレスレジスタ４６を
介して、第１のＹ軸アドレスデコーダ１９は第１のＹ軸
アドレスレジスタヲ介してＣＰＵおよびインターフェー
ス１４に接続している。

次に、再生時のメモリー回路の構成例を第３図を用いて
説明する。再生時には、フェライト磁気記録媒体層５上
に形成されたストライプ状磁気抵抗効果素子７と第３の
ストライプ状超伝導体８を用いる。第３のストライプ状
超伝導体８はスイッチ３２．３４を介して電流源３３に
接続している。

スイッチ３２．３４は第２のＹ軸アドレスデコーダ３５
、第２のＹ軸アドレスレジスタ３６を介してＣＰＵ及び
インターフェース１４に接続している。一方、ストライ
プ状磁気抵抗効果素子７はスイッチ３８，３９．４０に
接続され、これらスイッチ３８，３９．４０は再生回路
系４３を介してＣＰＵ及びインターフェース１４に接続
し、同時に第２のＸ軸アドレスデコーダ４１と第２のＸ
軸アドレスレジスタ４２を介してＣＰＵ及びインターフ
ェース１４に接続している。

次に、本実施例のデータ記録時の動作を、第４図および
第５図により説明する。

第４図（旬はフェライト磁気記録媒体５上ｌζ直交する
超伝導体１．２のある場合の斜視図で、この磁気記録媒
体５０Ｂ−Ｈカーブである磁気特性図を第４図（ｂ）に
示す。

第４図（ａ）に於いて、第１図のＣＰＵ及びインターフ
ェース１４からの命令により第４のＸ軸アドレスレジス
タ４６，１（ｌのＸ軸アドレスデコーダ４４、データ用
フリップフロップ４５を設定し、第１のスイッチ群２０
．２１．２２．２３．２４゜２５と第１のＸ軸電流源１
６．１７とアントゲ−）４７，４８，４９，５０．５１
．５２から１つ選択しＯＮ状態にして、第１（Ｘ軸）の
ストライプ状超伝導体２に電流Ｉｘ　（パルス又は直流
）を流し、第４図（ｂ）のＢ−Ｈカーブ状上で電流Ｉｘ
による磁場（フェライト磁気記録媒体のＨｃより小さい
ｌｉａ場Ｈｘ）　　がフェライト磁気記録媒体５に記録
される。しかし、この状態ではフェライト磁気記録媒体
へデータは記録されない。次に直交する第２のストライ
プ状超伝導体１に電ＲＩｙを流すと、第４図（ｃ）に示
すように、電流Ｉｙが印加され、結果としてＨｘとＨｙ
の合成磁場ＨｔがＨｃ　↓り大きい磁場となり、それぞ
れの印加磁場ＨｘおよびＨｙに対して４５度の角度を有
している。

ここで第１のストライプ状超伝導体２の電流による磁場
Ｈｙは、第２のストライプ状超伝導体ｌの部分でマイナ
ー効果により曲がるので、第２のストライプ状超伝導体
１の下側の部分で元の位置へもどり記録媒体５の上での
磁場は、第２のストライプ状超伝導体ｌがない場合と同
じ様に働らく。

この合成磁場Ｈｔによりフェライト磁気記憶媒体５がＨ
ｔのにクトルの方向に磁化される。ここで、第１のスト
ライプ状超伝導体２により発生する磁場を計算する。

アンペアの周回積分の法則からストライプ状超伝導体の
断面形状を０．５μｍの正方形とし、絶縁層３の厚さを
０．１４ｍ１ストライプ状超伝導体に流す電流を２００
ｍＡ及び３００ｍＡとしてフェライト磁気記憶媒体上で
の磁場を計算すると、ｉ＝２００ｍＡのときＨｘ　＝８
０００ｅ％１＝３００鮎のときＨｘ＝１２０００ｅが得
られる。この時の電流密度はＪ＝８Ｘ１０７Ａ／ｃｌｌ
（ｉ＝２００ｍＡ）及びＪ　＝　１．２　Ｘ　１０”　
Ａ、２ｄ（ｉ＝３００ｍＡ）となり、・＃゛・−、 合成磁場Ｈｔは１１２００ｅ及び１６８００ｓとなる。

例えば、文献によればＮｂＣＮ超伝導体を用いれば、臨
界電流密度Ｊｃ＝１０”Ａ／／ｃＩ！が得られるので、
高Ｈｃ媒体（Ｈｃ＝６００〜８００）に対して、十分記
録が可能である。次に電ＲＩｘ及びＩｙの電流方向を逆
転することにより、第４図（ロ）に示す様に前述の合成
ｆＢ場Ｈｔの逆方向の磁場を得ることが出来る。

この合成磁場Ｈｔ　ｆこより直交する第１及び第２のス
トライプ状超伝導体２．１の直交点下のフェライト磁気
記憶媒体５の逆方向に磁化する。磁化状態の１方向（１
３５°）をデータ”ｌｏに対応させ、逆方向’（−４５
°）を１０”に対応させれば、直交する第１と第２のス
トライプ状超伝導体（１゜２）の直交点の下のフェライ
）１１気記憶媒体５に情報”ｌ”及び′″０”を記録す
ることが出来る。

この様にして記録された磁化の状態は、第５図のように
示される。

次に、フェライト磁気記憶媒体５に記録された磁化Ｍを
再生する場合を、第６図により説明する。

フェライト磁気記憶媒体５の下側に直接ストライプ状磁
気抵抗効果素子７が存在し、さらにストライプ状磁気抵
抗効果素子７の下側に絶縁層１２を介して、ストライプ
状磁気抵抗効果素子７に直交する第３のストライプ状超
伝導体８が存在している。

いま、フェライト磁気記憶媒体５の磁化Ｍが、第６図（
ａ）に示される様に、ストライプ状磁気抵抗効果素子７
に流れる電流ベクトルＴＭＲに対して＋１３５°になっ
ているとする。この状態において直交点の磁化Ｍから発
生するａ場がストライプ状磁気抵抗効果素子７に与える
磁場ＨＭは、第６図（υに示す様に、電流ベクトルＩＭ
Ｒに対して−４５゜角度を有している。ここで、第３の
ストライプ状超伝導体８にセンス電流ｌ５ｅ（パルス）
を流すと、磁気抵抗効果素子７の直交点に電流ベクトル
ＩＭＲと同じ方向にＩｓｅによりセンス磁場Ｈｓｅを生
じさせると、ＭＲストライプ状の幅方向の反ｆＩｉ場１
こ打ち勝つ程度のＨｗとＨｓｅ　の合成磁場はＨＭ方向
（−４５°）より電流ベクトルＩＭＨの方向へ近づ次に
、フェライト磁気記憶媒体５上の直交点の磁化が第４図
（φの様に、フェライト磁気記憶媒体の磁化状態と逆に
（データ′″０″′に対応）になっている場合も同様に
第３のストライプ状超伝導体８にセンス電流ｌ５ｅ（パ
ルス）を流すと、直交点においてＨｓｅの磁場を発生し
、ＨＭとＨｓｅ　　の合成磁場Ｈｔの角度は電流ベクト
ルＩＭＲに対してＨＭの＋１３５°よりも小さくなり（
第６図（Ｃ）、＋９０°　近くになる様にＨｓｅを制御
しておく。

ここでストライプ状磁気抵抗効果素子７の印加磁場Ｈに
よる抵抗只の変化は、第７図（姐こ示される。磁気％性
図を示す第７図（引こおいて、磁気抵抗効果素子７の電
流ＩＭの方向に対して磁気記憶媒体５の磁化方向は、−
４５°又は＋１３５°のどちらかであるが、とのＲ−Ｈ
カーブ上で、θ；−４５゜のＡ点がデータ′１”に対応
し、θ＝＋１３５°のＢ点がデータ”０″ｆこ対応する
。抵抗の値自身はθ＝＋１３５°と一４５°　で変化が
ない状態となっている。

この様な状態において、第３のストライプ状超伝導体８
にセンス電流ｌ５ｅ（パルス）を流すと、このセンスを
流Ｘ５ｅによる誘導ｆｆｌ場Ｈｓｅ　が印加されると、
第７図（急のＡ点は矢印の方向へ変化し、抵抗値はＩｓ
ｅ　　の電流パルスが加わったときだけ増大する。さら
に第７図（→のＢ点（“０”に対応）に対しては抵抗値
ＲはＩｓｅ　　の電流パルスが力Ｊわったときだけ減少
する。従って、それぞれの抵抗変化を電圧に変換するた
め、第７図（Ｌ）ｆこ示す様に、データ”１”に対応し
たパルス及びデータ”０“に対応したパルスが逆極性で
得られ、データの再生が可能となる。

例えば、Ｎ　ｉａｓ　Ｆ６１９の場合、Ｔ＝４２°Ｋに
おいて、Δｒ／ｙ。＝　１６．４　ｆｏ　　のＭＲ素子
（固有抵抗！。＝４．７５Ω）が得られている。そこで
ストライプ幅を０．５μｍ１厚さを０．０５μｍとする
と１ピット当りの抵抗値Ｒ１は この値Ｒ１に対して抵抗変化量ΔＲ１＝０．９５Ｘ０．
１６４＝０．１５５８Ωとなる。

従って、ストライプ状磁気抵抗効果素子７１こ流す電流
ｉをｉ＝１ｍＡとしたとき、再生出力ｅは０．１５５８
ｍＶとなり、ｉ　＝２ｍＡとすると再生出力ｅは０．３
１１６ｍＶとなるので、十分実用的な値を得ることが出
来る。ここでストライブ伏磁気抵抗効果素子７０両端の
抵抗及び電圧は４８．３にΩ及び４８．３Ｖ　（ｉ　＝
　１　ｒｎＡ　）、９６　Ｖ　（ｉ　＝２ｍＡ）＝＋１
３５°に対して第７図（鴫に示す様なパルスが得られる
。

ここでストライプ状超伝導体はＮｂＣＮを、ストライプ
状磁気抵抗効果素子はＮｉ−Ｆｅ、ＮｉＣ。

等を、絶縁層はｋｉｚｏｓ、ＳｉＯ２，チッ化シリコン
等を、基板は研摩されたＳｉが適する。又前記固体磁気
メモリーデバイス部はスパッタ法、イオンミリング、Ｘ
腺露光（又は光学露光）、研摩等の薄膜形成技術を用い
ることができる。

なお、フェライト磁気記憶媒体層の両主面に形成される
ストライプ状パターンに直交するものでなくともよい。

またパターンの幅はすべて同じでなくともよい。

また、超伝導体及び磁気抵抗効果素子が形成されたフェ
ライト磁気記憶媒体部分と必要な周辺回路部分は超低温
の環境に設置される。

本実施例の固体磁気メモリーデバイス部を第３８をスパ
ッタ法による成膜とイオンミリング法によるパターンエ
ツチングにより形成し、第３のストライプ状超伝導体８
の上に絶縁層に（ＳｉＯｚ）をスパッタ法により形成し
、絶縁層（Ｓｉｎｇ）の表面の段差解消をイオンミリン
グ法を用いたエッチパック法により行ない、表面を平坦
にした後、絶縁層１２　（Ｓｉ０２）の上に、ストライ
プ状超伝導体８に直交するストライプ幅０．５μｍのス
トライプ状磁気抵抗効果素子７（ＮｉＦｅ）をスパッタ
法による成膜とイオンミリング法によるエツチングによ
り形成し、スト２イブ状磁気抵抗効果素子の上を含む全
面に一様にフェライト磁気記憶媒体５　（Ｃｏ　Ｐｔ）
をスパッタ法により形成し、フェライト磁気記憶媒体５
の上にストライプ幅０．５μｍの第２のストライプ状超
伝導体１　（ＮｂＣＮ）をスパッタ法による成膜とイオ
ンミリング法によるエツチングにより形成し、第２のス
トライプ状超伝導体ｌを含む全面に絶縁層３をスパッタ
法により形成し、絶縁層３の上に、第２のストライプ状
超伝導体と直交する様にストライプ幅０．５μｍの第１
のストライプ状超伝導体２　（ＮｂＣＮ）をスパッタ法
による成膜とイオンミリング法によるエツチングにより
形成した。この様に形成した超伝導体部分４２°に程度
（液体ヘリウム）の極低温状態において動作させた。

なお、それぞれのストライプ状超伝導体及びストライプ
状磁気抵抗効果素子７のストライプ間距離は０．５μｍ
としくＪ−厚さｔを０．５μｍ（ストライプ状超伝導体
）及び０．０５μｍ（ストライプ状磁気抵抗効果素子）
とし、ストライプの長さ！を１インチとして形成した。

本実施例１こおいて１ビツトは１μ７７７Ｘ１μｍの大
きさとなり、面密度としては６．４５ＸＩＯビット平方
インチが実現された。さらにストライプ幅を小さくすれ
ば、平方インチ当りの容量は増大する。又前記のビット
の大きさ１μ７１Ｘ１μｍの場合、２５インチ角の基板
を用いれば、１枚の基板で約１ギカバイ）（ＧＢ）の容
量のメモリーが可能となる。

ここで、ストライプ状超伝導体にはＮｂＣＮ　。

超伝導セラミックスなどの臨界磁界の大きい材料が適し
、磁気抵抗効果素子にはパーマロイ、絶縁層にはＡ　ｌ
、０．　、　Ｓ　ｔ　ＯＪ、基板にはアルミニウム、チ
タン、シリコン、フェライト磁気記憶媒体層には、電気
抵抗値が大きいｒ−Ｆｅ２０３．ＣｏドープｒＦｅ！０
３などが適する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、従来の磁気ディスク装置
の回転機構及びディスク・ヘッド系に要求される機械的
耐久性等が除去され、かつ大容量（５Ｘ　１０’　　ビ
ット／平方インチ、以上）の不揮発注固体磁気ファイル
メモリーが得られた。さらに、電気抵抗の大きいフェラ
イト記憶媒体層を用いることにより、絶縁層を必要とし
なくなり、記録及び再生の効隼が大幅に改善された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式的斜視図、動作を
説明する素子の部分斜視図、磁化特性図およびベクトル
図、第５図は磁気記憶媒体の磁化状態を示す部分斜視図
、第６図１１ａ）、　（ｂ）　、　（Ｃ）は第１図の再
生時の動作を説明する素子の部分斜視図、磁化特性図お
よびベクトル図、第７図６ｉ）、（ｂ）は本実施例を説
明するη特性図および出力波形図である。 １・・・・・・第２のストライプ状超伝導体、２・・・
・・・第１のストライプ状超伝導体、８・・・・・・第
３のストライプ状超伝導体、３．１２．１３・・・・・
・絶縁層、５・・・・・・磁気記憶媒体、７・・・・・
・ストライプ状磁気抵抗効果素子、９・・・・・・抵抗
、１１・・・・・・基板、１４・・・・・・ＣＰＵ及び
インターフェース、４６・・・・・・第１のＸ軸アドレ
スレジスタ、１８・・・・・・第１のｙ軸アドレスレジ
スタ、４４・・・・・・第１のＸ軸アドレスデコーダ、
１９・・・・・・第１のｙ軸アドレスデコーダ、４５・
・・・・・データ用フリップ７０ツブ、４７〜５２・・
・・・・アンドゲート、１６．１７．３０．３１．３３
・・・・・・電流源、２０〜２９−・・・−・第１のス
イッチ群、３２．３４．３８〜４０・・・・・・第２の
スイッチ群、３６・・・−・・第２のｙ軸アドレスレジ
スタ（再生用）、４２・・・・・・第２のＸ軸アドレス
レジスタ、３５・・・・・・第２のｙ軸アドレスデコー
ダ、４１・・・・・・第２のＸ軸アドレスデコーダ、４
３・・・・・・再生回路、ｌＯＯ・・・・・・固体磁気
メモリー素子。 代理人　弁理士　　内　原　　　音 １１図 ん 嘉ＺＡ ’ｆ　′／ｙ−７ｘ−ズ 条　３　図 耳値時 第１．Ｓ″′ｚ 第７図 ７４　Ａ７−タ″′ｌ″ ダタフ゛。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フェライト磁気記憶媒体層の一方の主面上に直接複数の
   第２のストライプ状超伝導体が所定の間隔をおいて形成
   され、これら第２のストライプ状超伝導体および前記フ
   ェライト磁気記憶媒体層の主面上に絶縁層を介して前記
   各第２のストライプ状超伝導体と所定の角度で交差する
   ように複数の第１のストライプ状超伝導体が所定の間隔
   をおいて形成され、前記フェライト磁気記憶媒体層の他
   方の主面上に直接複数のストライプ状磁気抵抗効果素子
   が所定の間隔で形成され、前記フェライト磁気記憶媒体
   層の主面上および前記ストライプ状抵抗効果素子上に絶
   縁層を介して複数の第３のストライプ状超伝導体が所定
   の間隔で形成され、前記第１および第２の各ストライプ
   状超伝導体の交差部分と前記第３のストライプ状超伝導
   体および前記ストライプ状磁気抵抗効果素子の交差部分
   とが前記フェライト磁気記憶媒体層を介して対向する位
   置に配置されていることを特徴とする固体磁気メモリー
   素子。