JPH01204291A - 半導体磁気メモリ - 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〕 本発明は半導体磁気メモリに係り、特に、随時読み出し
・書き込みの可能な、不揮発性の半導体磁気メモリに関
する。

（従来の技術〕 随時読み出し・書き込みの可能な半導体メモリトシテは
、すテニ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭが知られているが、これ
らは揮発性メモリであり、電源が断たれた状態では記憶
情報が消滅するので、停電の発生などを想定し、バック
アップ電源の設置を必要とする。

一方、不揮発性メモリとしては、磁気ディスク装置、光
デイスク装置、磁気テープ、磁気バブル装置などがすで
に市販されているが、これらはいずれもアクセスタイム
の点で半導体メモリに大きく劣るという欠点を有してい
る。

これらの欠点を除くものとして、特開昭節５５−１１８
６８２号に、磁性体とＭ　Ｏ３４１造半導体とを用いた
記憶装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記開示の従来技術には、磁気検出手段
が複雑であることや、感度が低いこと、磁性体の磁化の
方向が半導体素子面に対して垂直方向であることから、
有効磁場を検出部に効率よく与えることが難しいことな
どの問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術が有していた課題を解決
して、製造が容易、高集積化可能で、随時読み出し・書
き込みの可能な、不揮発性の半導体磁気メモリを提供す
ることにある。

〔課題をγ決するための手段〕

」−記目的は、磁化の方向によりＬ′１″あるいはＩＩ
　Ｏ７１のビットを表わす微ノ」１磁性体をマトリクス
状に配置Ｉ！１シ、かつ、任意の磁性体の磁化を決定す
るように構成し、好ましくは各磁性体の磁場が対応する
磁気感応部に有効に働くように面内磁化の磁性体で構成
した記憶部と、任意のビットごとに磁性体の磁場を検出
することの可能な高感度の半導体センサを有し、かつ、
上記記憶部とは回路的に独立した再生部とを備えた半導
体磁気メモリとすることによって達成することができる
。

ここで、磁場検出センサとしては、ホール効果あるいは
磁気抵抗効果を利用する素子の使用も考えられるが、１
−ランジスタ等の素子の同時集積が可能なＳｉ系あるい
はＧａ−Ａｓ系の半導体を用いることが望ましく、さら
に、高集積化のためには高感度でかつ空間的分解能が高
く、製造が容易であることなどが必要であり、これらの
条件を満足するものとしては、磁気感応トランジスタが
適している。この素子の磁気感応機構および応用例につ
いては、特開昭節５７−１７７５７３号に記載がある。

また、磁気感応トランジスタと同種のものとして、特開
昭節５９−２２２９６８号に開示されている磁気ダイオ
ードも利用可能である。

〔作用〕

上述の半導体磁気メモリにおいて、記憶部と再生部とは
回路的に分離されており、この中、記憶部は、形状ある
いは磁気の面内−軸異方性を持つ磁性体の磁化の方向に
よってビットを表わすため、製造の容易な、不揮発性の
メモリを構成することができる。

また、再生部は、高集積化が可能な高感度の磁気感応ト
ランジスタあるいは磁気ダイオードを用いることによっ
て、バイポーラメモリと同様に、大容量メモリを構成す
ることが可能となる。

したがって、メモリを上記構成の半導体磁気メモリとす
ることによって、再生による磁化の消去がなく、リフレ
ッシュ操作が不要で、随時読み出し・書き込みの可能な
不揮発性メモリを得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について５図を用いて説明する
。

第１図は本発明の構成による１記憶部位（１ビット）の
１１念掃造図で、基板１．エミッタ２、ベース３、コレ
クタ４．５、保護層６、平滑化膜７、磁性体８、導体９
からなることを示す、ここで。

磁性体８、導体９が記憶部を構成し、基板１上に形成し
たエミッタ２、ベースコ３．コレクタ４．５からなる磁
気感応トランジスタが再生部センサを構成する。

磁性体８は、例えば長さ４−１幅２−１厚さ０．２−の
ように、極めて微小なもので足り、磁気特性としては、
ビットを磁化の方向に対応させるため、−軸異方性であ
ることが望ましく、面内の容易軸方向に磁化される。し
たがって、形状異方性以外にも、磁場中熱処理を施すこ
となどにより、磁気異方性を付与することも可能である
。また。

保磁力は、比較的小さな電流で磁化が反転し得るように
材料を選定し、なお、導体９の巻回部（コイル）と磁性
体８との距離をできるだけ小さなものとする。また、残
留磁化は、再生部センサの出力が十分に得られるように
、磁化量を選定する。

例えば、第１図の構成において、保護層６、平滑化膜の
存在によって再生センサ部が磁性体面から１〜２−程度
能れた個所に位置するため、その位置で５０〜１００Ｇ
ａｕｓｓの磁束密度が得られることが望ましく、飽和磁
束密度の比較的高い材料であることが望ましい。

再生センサ部は磁性体の磁化の方向と大きさとを判別で
きれば十分であり１図に示した磁気感応トランジスタを
用いた場合について説明すると、エミッタ２からの１′
［！流を２つのコレクタ４および５に分け、磁場の大き
さをコレクタ電流の変化量に対応させたものであり、例
えば、７Ｌ１！場の方向によりコレクタ４の電流がΔｉ
だけ増加すればコレクタ５の電流がΔｉだけ減少するの
で、２つのコレクタの電流変化を抵抗を介して差動検出
することによって、磁化の方向を電圧に対応させること
ができる。

第２図は第１図Ａ−Ａ断面主要部の概略図で、磁化の方
向とトランジスタ構造との関係を示したものであり、破
線１０は磁束の状況を示す。

なお、第１図の６および７は、それぞれ、トランジスタ
の保護膜および導線９の巻回部（コイル）を埋めて平滑
面とし、磁性体を平面上に載置するための平滑化口寒で
あり、磁気感応領域の磁場を大きくするためには、これ
らの１漠の厚さを必要最小限に止める必要がある。

次に、集積化したメモリ素子の回路も育成例を第；３図
および第４図によって説明する。

第２１図は１６ビツトの書き込み回路の構成例で、例え
ばイのコイルに矢印の方向に′電流を流す場合には、全
トランジスタがＯＦ　Ｆの状態で、ベース電圧Ｃ□、Ｂ
、を適切な値に設定した場合、ＶＥＥ１３４および抵抗
で決まる電流がコイルに流れろ。

また、へのコイルに逆向きの電流を流す場合には、上記
Ｃ１、Ｂ、の代りに、ΔいＤｌを適切な値に設定するこ
とによって、同様にして、逆向きの′Ｉｉｔ流を流すこ
とができる０以上述べたように、（ｃｎ、＋３ｎ）ある
いは（Ａ、１．　ｏｎ）　　（本実施例の場合、１１＝
１〜４）の電圧を適切な値に設定することによって、任
意ビットの電流方向を制御することができる。なお、ト
ランジスタは下部の再生回路基板に実装する。

第４図は１６ビツトの再生回路の構成例を示すもので、
２コレクタ構成トランジスタが磁気センサ部であり、Ｅ
ｎ、Ｆｎ（ｎ＝１〜４）の電圧を適切な値に設定するこ
とによって、任意のビットを選択することができる。出
力としては、Ｘｎ、Ｙｎ（ｎ＝１〜４）にそれぞれのコ
レクタ電圧があられれ、差動検出することによって出力
ｚ１（ｎ＝１〜４）を得、ビットの判別を行う。

以上２本発明の半導体磁気メモリの基本構成および動作
について説明したが、本発明は実施例に示した寸法、物
理量、形状、回路構成などに限定するものではない０例
えば、上記実施例において。

磁気感応１−ランジスタとしてトランスバース型の例を
示したが、ラテラル型の構造のものであっても良い、ま
た、磁気センサとして、上記実施例では磁性体と平行な
成分に感応するように構成した場合を示したが、磁性体
の垂直な成分に応答するように構成することもでき、磁
性体も、面に対して垂直磁気異方性のものを選択するこ
とができる。

しかし、垂直方向の磁化を発生させるためには、磁性体
の反磁場の影響を避けるため、磁性体の厚さを比較的厚
いものとすることが必要であり、また、磁気感応領域の
磁場の大きさを大きくするために、面内磁化の方が効率
がよい、さらに、磁化反転の際のコイル効率も、コイル
断面積が小さくなる面内磁化の方がよい。

また、先に述べたように、磁性体とセンサとの距離は短
かければ短いほど効率がよいため、半導体のリード線が
表面に出ないように、メサ型構造としてリード線を谷部
に配線することも有効な手段であるが１本発明はこれら
の製造プロセスに特に制限するものではない、なお、メ
モリデバイスにおいては、通常、アドレスレコーダ等も
同一チップ上に作られるが１本発明はデバイスの構成に
ついて特に限定するものではなく、また、ＩＣメモリカ
ードに内蔵するなどの適用装置についても特に制限する
ものではない。

なお１本発明のメモリは、磁気的に記憶するものである
から、外部磁場の影響を避ける必要があり、そのために
は、パッケージ等を軟磁性体で作成するか覆うなどの手
段が必要であり、本発明メモリを実装した装置を磁気シ
ールドするなどの手段も有効である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、微小磁性体の磁化方向によって
記憶する記憶部と該磁性体の磁化状態を検出する手段を
有する再生部とからなる磁気メモリにおいて、本発明の
構成とすること、すなわち、再生部に磁気感応トランジ
スタあるいは磁気感応ダイオードを配置することおよび
磁性体の磁化が面内方向に行われるようにすること、に
よって、従来技術の有していた課題を解決して、製造が
容易、高集積化が可能で、随時読み出し・書き込みの可
能な不揮発性の半導体磁気メモリを提供することができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体磁気メモリの１記憶ｍ位の
概念構造図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面主要部を示す
概略図、第３図は書き込み回路の構成例を示す図、第４
図は再生回路の構成例を示す図である。 １・・・基板　　　　　　　２・・・エミッタ３・・・
ベース　　　　　　４．５・・・コレクタ６・・・保Ｓ
層　　　　　　７・・・平滑化膿８・・・磁性体　　　
　　　９・・・導体１０・・・磁束 代理人弁理士　　中　村　純之助 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微小磁性体の磁化方向によって情報を記憶する記憶
   部と該磁性体の磁化状態を検出する手段を有する再生部
   とからなる磁気メモリにおいて、再生部に磁気感応トラ
   ンジスタあるいは磁気感応ダイオードを配置したことを
   特徴とする半導体磁気メモリ。 ２、微小磁性体の磁化方向によって情報を記憶する記憶
   部と該磁性体の磁化状態を検出する手段を有する再生部
   とからなる磁気メモリにおいて、磁性体の磁化が面内方
   向に行われることを特徴とする半導体磁気メモリ。 ３、上記磁性体の磁化状態を検出する手段が、半導体基
   体に対して概ね平行な磁場成分に感応する手段であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項および第２項記載
   の半導体磁気メモリ。 ４、上記記憶部および再生部が磁気シールドされている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項および第２項記
   載の半導体磁気メモリ。