JPH0423293A - 磁気メモリセル及び磁性薄膜 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は磁気メモリセル及び硬質磁性薄膜に関する。

（従来の技術） 従来、外部記憶装置は磁気ディスク装置がその主流を占
めており、磁気テープ装置、フロッピーディスク装置な
ども用いられる。近年では光磁気メモリやＩＣメモリも
使用されようとしている。

特に磁気メモリ系の記憶装置はメモリ容量が大きく多量
の情報を蓄えることができ、また、不揮発性のため長期
のデータ保存も可能である。しかしながら、このような
磁気メモリは情報の読み出し、書き込みに回転機構を用
いるため、アクセスタイムが半導体メモリに対して格段
に大きくなってしまう。また、磁気ディスク装置は、ヘ
ッドクラッシュの問題をはじめとしてディスク及びヘッ
ドに対して機械的耐久性の点でも問題がある。

一方、ＤＲＡＭ等の半導体メモリについては、電源を切
るとデータが失われてしまうなど不揮発性によるデータ
の長期保存ができず、またメモリ容量も磁気メモリと比
べてかなり小さい。

更に、現在光磁気メモリの開発が活発に進められていて
、オーバーライド機能の実用化に向けた研究が精力的に
行われている。しかしながら、この光磁気メモリに用い
られている記録媒体は希土類元素と遷移金属のアモルフ
ァス薄膜であり、希土類元素の存在のため耐食性につい
て問題がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記諸問題を解決するためになされたものであ
り、データの高速書き込み、消去及び高速アクセスを可
能とし、さらに長期のデータ保存もてきるようにした固
体磁気メモリセルを提供するとともに、耐食性に優れた
硬質磁性薄膜を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本願発明の第１の磁気メモリセルは、磁化容易軸が膜面
垂直方向成分を有する磁性薄膜と、前記磁性薄膜を局所
的に加熱するための加熱回路と、 前記磁性薄膜から情報を読み出す読み出し回路であって
、 前記磁性薄膜と磁気的に結合できる程度に近接して配置
され少くとも印加磁界の大きさによって抵抗値が変化す
る磁気抵抗素子と、 前記磁気抵抗素子と直列に接続されたトランスファーゲ
ートとから成る読み出し回路とを有することを特徴とす
る。

本発明による第１の磁気メモリセルは、その構成からも
明らかなように、データの書き込み、消去読み出しが全
て電気信号によりなされるため、従来の磁気メモリに比
べて非常に高速に行われる。

前記局所加熱回路は、データの書き込み、消去に用いら
れるが、外部磁場を印加することにより高いマージンが
得られ、エラーの低減を図ことかできる。データの書き
込み、消去は外部磁場を変化させて行ういわゆる磁界変
調方式又は熱入力を変化させて行ういわゆるパワー変調
方式のいずれの方式を採用してもよい。熱入力を変化さ
せてデータの書き込み、消去を行う場合には外部磁場は
一定磁場で差支えなく、永久磁石を用いることができる
。なお、外部磁場を印加しなくてもよい。

また、磁性薄膜より成る記録媒体に交換結合多層膜、静
磁結合多層膜など補助層を設けることにより、高いマー
ジンでデータの書き込み、消去を行うことができる。

磁気抵抗素子は磁場の強度、方向により抵抗値の変化す
るものならば何でもよいが、ＩｎＳｂ等のような半導体
材を用いる場合、磁気抵抗効果による抵抗率の増加に加
え、いわゆる形状効果を利用することにより、更に大き
な抵抗率の変化を得ることができる。また、ＮｉＦｅ希
土類−カルコゲナイド化合物、ＣｄＣｒ２５４ＣｄＣｒ
２Ｓｅ４などは固有の磁気抵抗効果が大きい。更に、Ｃ
ｏ／Ａｕ／Ｃｏ、Ｆ　ｅ／Ｃｒ／Ｆｅ、Ｃｏ／Ｃｒ／Ｃ
ｏ等の人工格子多層膜においても大きな磁気抵抗効果が
見られる。磁気ダイオード、磁気トランジスタを用いる
こともできる。

データの書き込み、消去については、局所加熱回路に加
えてレーザービーム又は磁気ヘラドラ用いることができ
る。また逆に、読み出しの場合、レーザービーム反射に
よるカー回転角の検知、又は磁気ヘッドによるデータの
読み出しも可能である。

また、データの読み出し回路を構成する磁気抵抗素子に
かえて、ホール素子又は軟磁性体をコアとするインダク
タンス素子を用いることができる。

磁気抵抗素子及びホール素子は直流又はパルス駆動でも
所定の出力が得られるが、インダクタンス素子は交流駆
動する必要がある。交流入力は単一及び複数のパルスに
より変調することができる。

インダクタンス素子に並列又は直列にキャパシタを接続
することにより共振を利用して出力を得ることもできる
。さらに磁気抵抗素子、ホール素子又はインダクタンス
素子を用いてブリッジ回路を構成することにより信号検
出感度を改善することができる。

本願発明の第２の磁気メモリセルは、磁化容易軸が膜面
垂直方向成分を有する磁性薄膜と、前記磁性薄膜に局所
磁場を印加して前記磁性薄膜の情報を変化させるための
磁場発生回路と、前記磁性薄膜から情報を読み出す読み
出し回路であって、 前記磁性薄膜と磁気的に結合できる程度に近接して配置
されたホール素子と、 前記ホール素子と直列に接続されトランスファーゲート
から成る読み出し回路とを有することを特徴とする。

本発明の第２のメモリセルにおいても、本願発明の第１
のメモリセルと同様データの書き込み、消去、読み出し
が機械的な動作をすることなく全て電気信号によりなさ
れるため、非常に高速である。第１の発明と第２の発明
の違いは、データ書き込み、消去方法である。第２の発
明においてデータの書き込み、消去は、メモリセル中に
置がれた磁場発生回路により行われる。磁場発生回路は
、例えば導線に流れる電流により磁場を発生させる構成
とすることができる。この場合、コイルを形成すること
により大きな磁場を得ることができる。

また、導線として超電導体を用いることによりさらに高
い磁場の生成が可能となる。磁場発生回路の構成として
はこのほか、磁性体に印加された電界に比例した磁化が
現れる電気磁気効果を利用したもの、圧電素子と組み合
わせ、磁性体に働く応力に比例して磁化の現れるピエゾ
磁気効果を利用したものも考えられる。

記録層を構成する磁性薄膜をホール素子と磁気的に結合
した個々のマイクロ磁石に置きかえることができる。こ
の場合、マイクロ磁石はホール素子に対するバイアス磁
石として働き、その磁化の正逆によって、ホール素子出
力の極性までも変化するため、信号検出感度を改善する
ことができる。

このマイクロ磁石は、そのアスペクト比を大きくするこ
とにより、生成磁場を大きくすることが可能である。

また、データの読み出し回路を構成するホール素子にか
えて軟磁性体をコアとするインダクタンス素子を用いる
ことができる。ホール素子は直流又はパルス駆動で所定
の出力が得られるが、インダクタンス素子は交流駆動す
る必要がある。交流入力は単一又は複数のパルスにより
変調することができる。インダクタンス素子に並列又は
直列にキャパシタを接続することにより、共振を利用し
て出力を得ることもてきる。さらにホール素子、インダ
クタンス素子を用いてブリッジ回路を構成することによ
り、信号検出感度を改善することができる。

本願発明の第３の磁気メモリセルは、２つの磁性体か絶
縁体層を介してトンネル接合されているメモリ素子と、 前記トンネル接合素子と直列に接続されたトランスファ
ーケートと、 前記磁性体の少くとも１つに磁気的に結合できる程度に
近接して配置された磁場発生回路とを有することを特徴
とする。

第３の発明の磁気メモリセルにおいても、本願発明の第
１及び第２のメモリセルと同様、データの書き込み、消
去及び読み出しに機械的な動作が不要で、全て電気信号
によりなされるため、非常に高速である。

データの読出し回路に用いられているトンネル接合素子
は、２つの磁性体を絶縁体薄膜を介して接合することに
より得られる。磁性体は記録媒体としての役割を果たす
ため、データの安定保持のためマイクロ磁石であること
が望ましい。

第３の発明において、データの書き込み、消去はメモリ
セル中に置かれた磁界発生回路により行われる。磁場発
生回路は、例えば導線に流れる電流により磁場を発生さ
せる構成とすることができる。この場合、コイルを形成
することにより大きな磁場の生成が可能となる。磁場発
生回路の構成としては、磁性体に印加される電界に比例
して磁化の現れる電気磁気効果を利用したもの、圧電素
子と組み合わせ、磁性体に働（応力に比例して磁化の現
れるピエゾ磁気効果を利用したものも考えられる。

本願発明の第４は、原子分率で６〜１５％のＭ（ＭはＴ
ｉ、Ｚｒ、又はＨｆの一種以上）を有し、残部が実質的
にＦｅ、Ｃｏ又はＮｉの一種以上からなり、磁化容易軸
が膜面垂直方向成分を有することを特徴とする硬質磁性
薄膜である。

上記硬質磁性薄膜を構成する元素の割合を限定した理由
は、Ｍを３原子％未満にすると、保磁力の低下を招き、
記録媒体として使用する場合には安定しデータの保持が
困難となるからであり、方５０原子％を超えると磁束密
度の低下が著しくなり、磁気特性劣化を招くからである
。特に記録媒体として用いる場合、保磁力、磁束密度の
観点から、Ｍの含有割合を８〜３０原子％の範囲内にす
ることが望ましい。

なお、保磁力を向上させる観点から、Ｍの一部をＮｂ、
Ｍｏ、Ｔａ、ＷｓあるいはＳｍ、Ｅｒ等の希土類元素で
、またＴ（Ｆｅ、Ｃｏ又はＮｉの一種以上）の一部をＶ
、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ。

Ａ、ｐ、Ｇａ、Ｃ，Ｂ、Ｓｔ、Ｐ、Ｇｅ、Ｉｎ。

Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ。

Ａｕで置換してもよい。これら元素の置換量は数原子％
以下とすることが望ましい。

磁性薄膜は蒸着、スパッタ等の一般的に薄膜製造方法に
より作成することができる。また、ＭＢＥ等の方法によ
り人工格子多層膜とすることができる。保磁力改善のた
めには、成膜後４００〜１０００℃で０．１〜１０時間
のアニールを行うことが望ましい。

（作　用） 以上詳述した如く、本発明によれば、データの書き込み
、消去、読み出しが機械的な動作をすることなく全て電
気信号によりなされるため、データの高速な書き込み、
消去及び読み出しができ、更に、磁性体の性質を利用し
て、長期のデータ保存が可能な固体磁気メモリセル及び
耐食性に優れた硬質磁性薄膜が提供できる。

（実施例） 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明の第１実施例に係るメモリセルの構成
概念図であり、本発明の第１の発明に属する。１０は発
熱素子であり、］２は磁気抵抗素子である。１４は発熱
素子に通電、遮電するためのトランジスタであり、１６
はトランスファーゲートである。また、１８は磁性薄膜
であり、磁気抵抗素子１２と磁気的に、発熱素子１０と
は熱的こ結合している。

リード線２０．２２により発熱素子に通電され、リード
線２４．２６により磁気抵抗素子に通電される。リード
線２８．３０は、それぞれスイ・ソチングトランジスタ
１４．１６の信号線である。リード線２０．２２のうち
の１本、リード線２４゜２６のうちの１本はアース線と
して共用可能であり、他の２本も同一の電圧とすること
によって共用可能である。

磁性薄膜１８は、初期状態として膜面に垂直方向に一様
に磁化されている。第１図に示すメモリセルにはバイナ
リ−データ０．１が記録される。

データを書き込む場合リード線２８に信号を入力し、ス
イッチングトランジスタユ４を通電状態にする。これに
より発熱素子から熱を受け、発熱素子と接する磁性薄膜
１８の部分の温度が上昇し、加熱された磁性薄膜の部分
の保磁力、磁気異方性が低下して、隣接する磁性薄膜か
らの反磁場の働きにより当該部分の磁化反転が起こる。

また、データの消去も同様にして行われるが、熱入力、
熱入力時間を制御することにより、書き込みモード、消
去モードを選択する。熱入力は発熱素子への電流を制御
することにより、また熱入力時間は発熱素子への電流パ
ルスのパルス巾を制御することにより行われる。書き込
みモード及び消去モードの制御の方式は、磁性薄膜の種
類等条件によって異なるが、希土類−遷移金属磁性薄膜
においては、長パルス熱人力により書き込みが、短パル
ス熱入力により消去が可能である。上記方法は所謂パワ
ー変調方式であるが、熱入力及び熱入力時間を一定にし
て、書き込み時と消去時との外部印加磁界を変えて両モ
ードを制御する磁界変調方式を採用してもよいし、また
両方式を併用することも可能である。また、一定の強度
のバイアス磁場を印加することにより、書き込み、消去
の高いマージンが得られる。

なお、磁性薄膜１８は、各メモリセルに対して共通に形
成される方が望ましい。データの書込み、消去時に、隣
接するメモリセルからの反磁場を利用する必要があるか
らである。

このようにしてデータが書き込まれ、磁性薄膜が反転磁
区を持つ場合、磁区半径Ｒ１膜厚ｈ、磁性薄膜の磁束密
度４πＭとして、薄膜直上又は直下での磁区中心の磁場
強度Ｈは、Ｈ−２πＭｈ／ＪＲ２＋ｈ２で与えられ、磁
束密度が大きければ大きい程、また磁区半径の膜厚に対
する相対値が小さければ小さい程、大きな磁場を発生す
ることができる。また、磁性薄膜の反転磁区を消去すれ
ば発生磁場はＯとなる。なお、磁性薄膜１８を交換結合
多層膜、静磁結合多層膜とすることによって高いマージ
ンでデータの書き込み、消去を行うことができる。

また、書き込まれているデータを読み出す場合には、ト
ランスファーゲート１６を導通状態にし、リード線２４
及び２６の間の抵抗値又は当該リード線に流れる電流値
を読みとればよい。データが書き込まれ、それに対応し
て磁性薄膜１８に反転磁区が形成されていれば、反転磁
区によって磁場が生じている。また、データが消去され
、反転磁区が存在しなければ磁場がＯとなる。このよう
にして生じた磁場の大小に応じて磁気抵抗素子の抵抗が
異なり、その大小によりデータの内容を知ることができ
る。反転磁区が存在する場合をバイナリ−データの１、
存在しない場合を０に対応させることができる。その逆
でもよい。

なお、本実施例の構成によれば発熱素子１０による発熱
を利用してデータの書き込み、消去を行っているが、必
要に応じて遮熱機構、放熱機構を設けることが望ましい
。また、出力信号を増幅することにより、高感度な出力
が得られる。

なお、第１図のメモリセルを集積化するには、第２図の
ように、磁性薄膜１８の両面にシリコン層３２．３４を
蒸着し、このシリコン層３２内にトランスファーゲート
１６を形成し、シリコン層・３４内にトランジスタ１４
を形成する。そして、上下のシリコン層３２．３４にマ
トリックス状に開口３６を形成して、シリコン層３２の
開口３６内に発熱素子１０を、シリコン層３６の開口内
に磁気抵抗素子１２を形成する。更に、各素子より端子
を取り出し、配線を形成すると、本実施例の集積化され
た磁気メモリが形成される。

磁性薄膜１８の厚みは約１００人〜１０００人であり、
１個のメモリ素子の寸法は約１μｍ以下である。更に、
隣接するメモリ素子からの反磁場を、情報の書き込み及
び消去に使用できるようにするために、互いに隣接する
メモリ素子間の寸法を規定する必要がある。

なお、磁気抵抗素子１２を発熱素子１０上に形成して、
トランスファゲート１６とトランジスタ１４とを半導体
層３４内に形成してもよい。この場合には、半導体層３
２は不要である。

第３図は、本発明の第２実施例に係るメモリセルの構成
概念図であり、本発明の第１の発明に属する。３８はレ
ーザであり、１２は磁気抵抗素子である。１６は磁気抵
抗素子と直列に結合されたトランスファーゲートであり
、１８は磁気抵抗素子１２と磁気的に結合した磁性薄膜
である。リード線２４．２６により磁気抵抗素子に通電
する。

また、リード線３０はトランスファーゲート１６の信号
線である。

本実施例に係る磁気メモリセルと第１実施例に係る磁気
メモリセルは、データの書き込み、消去の方式が異なっ
ている。磁性薄膜１８は初期状態として膜面に垂直方向
に一様に磁化されている。

第３図に示すメモリセルには、バイナリ−データ０．１
が記録される。データを書き込む場合、レーザー３８に
より磁性薄膜１８を局所的に加熱する。これにより磁性
薄膜１８の温度が局所的に上昇し、加熱部の保磁力、磁
気異方性が低下して、隣接するメモリセルからの反磁場
の働きにより、当該加熱部の磁化反転が起こる。また、
データの消去も同様にして行われるが、レーザーパワー
レーザー照射時間を制御することにより、書き込みモー
ド、消去モードを選択することができる。

レーザーパワー　レーザー照射時間はレーザー駆動系に
より制御することができる。また、書き込み用レーザー
、消去用レーザーを別に準備してもよい。書き込みモー
ド、消去モード制御の方式は、磁性薄膜１８の種類等の
所与の条件によって異なるか、希土類−遷移金属磁性薄
膜においては、長パルス熱入力により書き込みが、短パ
ルス熱入力により消去が可能である。上記方法はいわゆ
るパワー変調方式であるが、一定強度のレーザービーム
を照射し、外部磁界を変化させて書き込み及び消去を行
う磁界変調方式を採用してもよいし、また両方式を併用
することも可能である。また、−定のバイアス磁場を印
加することにより書き込み、消去の高いマージンが得ら
れる。

さらに磁性薄膜１８を交換結合多層膜、静磁結合多層膜
とすることによっても、高いマージンでデータの書き込
み、消去が可能となる。

なお、データの読出しについては第１実施例と同様の方
法により行うことができる。

第４図は、本願発明の第３実施例に係るメモリセルの構
成概念図であり、これは本発明の第１の発明に属する。

１ｏは発熱素子であり、４ｏはボール素子である。１４
．１６はそれぞれ発熱素子用スイッチングトランジスタ
、ホール素子用スイッチングトランジスタである。また
、１８は磁性薄膜であり、ホール素子４０と磁気的に、
発熱素子１０とは熱的に結合している。リード線２０２
２は発熱素子用電源線であり、リード線２４２６はホー
ル素子用電源線である。リード線２８゜３０は、それぞ
れスイッチングトランジスタ１４゜１６の信号線である
。リード線２０．２２のうちの１本と、リード線２４．
２６のうちの１本はアース線として共用可能であり、他
の２本も同一の電圧とすることによって共用可能である
。また、リード線４２．４４は記録情報信号線である。

本実施例におけるデータの書き込み、消去方法は第１実
施例と同様である。

書き込まれているデータを読み出す場合には、トランス
ファーゲート１６を導通状態にし、ホール素子４０の出
力電圧をリード線４２．４４により読み取ればよい。デ
ータが書き込まれそれに対応して磁性薄膜１８に反転磁
区が形成されてぃれば反転磁区よって磁場が生じており
、データか消去され反転磁区が存在しなければ磁場がＯ
となるので、これに対応してホール素子４０の出力が異
なる。その出力の大小によりデータの内容を知ることが
できる。反転磁区が存在する場合をバイナリ−データの
１、存在しない場合をＯに対応させることができる。そ
の逆でもよい。なお、出力信号を増幅することにより高
感度な出力が得られる。

また、発熱素子１０による磁性薄膜１８の加熱に加えて
、第２実施例と同様に、レーザー３８により磁性薄膜１
８を加熱し、反転磁区の形成、消去を行うことができる
。その構成概念図を第５図に示す。

第６図は、本願発明の第４実施例に係るメモリセルの構
成概念図であり、これは本発明の第１の発明に属する。

１０は発熱素子であり、４６は軟磁性体４８をコアとす
るインダクタである。１４゜１６はそれぞれ、発熱素子
１０．インダクタ４６に直列に結合されたスイッチング
トランジスタである。また、１８は磁性薄膜であり、発
熱素子１０と熱的に、インダクタ４６とは磁気的に結合
している。リード線２０．２２は発熱素子用電源線であ
り、リード線２４．２６はインダクタ用交流電源線であ
る。リード線２８．３０はスイッチングトランジスタ用
信号線である。

本実施例におけるデータの書き込み、消去方法は第１実
施例と同様である。

書き込まれているデータは次のように読み出すことがで
きる。スイッチングトランジスタ１６を導通状態にする
ことにより、インダクタ４６にはリード線２４．２６を
介して交流電圧が印加される。交流の周波数は、磁性薄
膜１８に反転磁区が存在する場合の生成磁場と、インダ
クタ４６のコアとして用いられる軟磁性体の磁化及びそ
の反磁界係数とによって決定される強磁性共鳴周波数に
一致させておく。磁性薄膜１８に逆磁区が形成されてい
る場合、インダクタ４６のＱ値はＯとなり、また磁区が
形成されていなければインダクタ４６のＱ値は０でなく
なる。従って、この差を出力として取り出すことにより
、書き込まれたデータの内容を知ることができる。

また、データの読み出しは、第７図又は第８図に示すよ
うな共振回路を用いて行うこともできる。

この場合、磁性薄膜１８の反転磁区の有無に対応して磁
界強度が異なるため、インダクタ４６のコアである軟磁
性体４８のμが変化し、これに伴い、インダクタンスが
変化することを利用する。印加する交流周波数は、反転
磁区が存在する場合のインダクタンスに対応する共振周
波数に一致させてもよいし、反転磁区が存在しない場合
のインダクタンスに対応する共振周波数に一致させても
よい。

直列共振回路を用いる場合は、第９図のように過電流を
防止するための直流抵抗５０を加えてもよい。

第１０図はインダクタ４６の構成例を示したものである
。軟磁性体４８と、ハーフターンの導体５２とを第１０
図のように配置することにより、簡便にマイクロインダ
クタを形成することができる。

また、第１１図に示すように、書き込み、消去手段とし
て、発熱素子に代えてレーザーを用いることができる。

第１２図は、本願発明の第５実施例に係るメモリセルの
構成概念図であり、本発明の第２の発明に属する。５４
は局所磁場発生素子であり、４０はホール素子である。

１４は磁場発生素子５４に直列に接続されたスイッチン
グトランジスタであり、１６はホール素子４０に直列に
接続されたスイッチングトランジスタである。また、１
８は磁性薄膜であり、磁場発生素子５４及びホール素子
４０と磁気的に結合している。リード線２０゜２２は磁
場発生素子用電源線であり、リード線２４．２６はホー
ル素子用電源線である。リード線２０．２２のうちの１
本、リード線２４．２６うちの１本はアース線として共
用可能である。また、リード線４２．４４はホール素子
４ｏの出力のための記録情報信号線である。

磁性薄膜１８は初期状態として膜面に垂直方向に一様に
磁化されている。第１２図に示すメモリセルにはバイナ
リ−データ０．１が記録される。

データを書き込む場合には、リード線２８に信号を入力
し、スイッチングトランジスタ１４を導通状態にする。

これにより、局所磁場発生素子５４が発生する逆磁場の
ため、磁性薄膜１８に逆磁区が生成される。また、デー
タの消去は局所磁場発生素子５４の極性を逆転させ、書
き込み時と逆方向の磁場を印加することにより行う。こ
の実施例によれば、局所磁場発生素子５４が逆磁場を発
生させるので、隣接するメモリセルからの反磁場を利用
してデータの書き込み、消去を行う必要はない。従って
、磁性薄膜１８は各メモリセルに対して共通に使用され
る必要はなく、各メモリセルを独立して、即ち、互いに
分離して形成してもよい。

局所磁場発生素子５４としてコイルを用いることにより
、大きな磁場を発生させることができる。

また当該コイルを平面コイルとすることにより、マイク
ロ磁場発生素子を形成することができる。

更に、局所磁場発生素子５４を含む系統に超電導線を用
いることにより、大きな磁場の発生が可能となる。例え
ば、第１３図のような１ターンコイルを形成した場合、
ａ＞＞Ｚ、ａ−１μｍ。

１＝３００ｍＡとすると、生成される磁場は１．５ｋＯ
ｅになる。コイルのターン数を増すことにより、さらに
大きな磁場の発生も可能である。

例えば、コイル断面積を０．１μｍ２とした場合、１＝
３００ｍＡで電流密度は３Ｘ１０９Ａ／ｃ−となるが、
例えば、ＮｂＣＮの超電導体の臨界電流密度は１０１０
Ａ／ｃｄが得られるので、前記磁場の発生は十分可能で
ある。また、コイルのターン数、磁性薄膜の磁気特性の
最適化により、必ずしも超電導線を用いる必要はない。

第１４図は、本願発明の第６実施例に係るメモリセルの
構成概念図であり、本発明の第２の発明に属する。５４
は局所磁場発熱素子であり、４６は軟磁性体４８をコア
とするインダクタである。

１４．１６はそれぞれ、局所磁場発生素子５４、インダ
クタ４６に直列に接続されたスイッチングトランジスタ
である。１８は磁性薄膜であり、局所磁場発生素子５４
及びインダクタ４６と磁気的に結合している。リード線
２０．２２は局所磁場発生素子用電源線であり、リード
線２４．２６はインダクタ用信号線である。リード線２
８．３０はスイッチングトランジスタ用信号線である。

本実施例におけるデータの書き込み、消去方法は第５実
施例と同様に、また、データの読み出しは第４実施例と
同様に行うことができる。

第１５図は、本願発明の第７実施例に係るメモリセルの
構成概念図であり、本発明の第３の発明に属する。６０
．６２は磁性体であり、絶縁層６４を介してトンネル結
合している。６６は磁場発生用コイルであり、６８．７
０はそれぞれ、上記トンネル結合磁性素子７２、磁場発
生用コイル６６と直列に結合されたスイッチングトラン
ジスタである。リード線７４．７６は記録情報読み出し
線であり、リード線７８．８０は情報記録・消去線であ
る。また、リード線８２．８４はスイッチングトランジ
スタ用信号線である。

絶縁層６４を介して磁性体６０．６２がトンネル結合し
たトンネル結合素子７２は、磁性体６０゜６２間の磁気
分極の相対関係に依存して、異なるコンダクタンスを持
つ。即ち、磁性体６０のア・ツブ・スピン中バンド（ｕ
ｐ　　５ｐｉｎ　　ｂａｎｄ）のフェルミ面近傍の状態
密度をＩ）＋＋（ｋｐ）ダウン伊スピンＯバンド（ｄｏ
ｗｎ　　５ｐｉｎｂ　ａ　ｎ　ｄ）の状態密度をＤｚ　
（ｋｐ　）　、同様に磁性体６２のアップ・スピン・バ
ンドとダウン・スピン・バンドのフェルミ面近傍の状態
密度をそれぞれＤ２１　（ｋｐ　）　、Ｄ２＋　（ｋｐ
　）とすると、絶縁層６４が十分薄く、スピンが保存さ
れるならば、磁性体６０と６２の磁気分極が平行である
場合、そのコンダクタンスＧ、１．は、 Ｇ　　ｐ・・・″　　（Ｄ＋　　言　（ｋＰ　　）　　
　Ｄ２１　　（ｋｐ　　）＋Ｄ目（ｋｐ　）　Ｄ２＋　
（ｋｐ　）　）であり、磁性体６０．６２の磁気分極が
反平行である場合、そのコンダクタンスＧ５ゎ−は、Ｇ
ａｓ＋＋ｏｃ（Ｄ＋＋　（ｋｐ　）　Ｄ２＋　（ｋｐ　
）＋Ｄｚ　（ｋｐ　）　Ｄ２１　（ｋｐ　）　）となる
。

Ｇ　ｐａｒｓ　　　Ｇ　ａｎ＋ ”　　（Ｄｚ　　（ｋｐ　　）　　　Ｄｚ　　（ｋＦ　
））Ｘ　　（Ｄ２＋　　（ｋｐ　　）　　　Ｄ２１　　
（ｋＦ　　））であるため、フェルミ面近傍でアップ・
スピン・バンドとダウン・スピン・バンドの状態密度差
か大きい程、大きなコンダクタンスの変化が得られる。

本メモリセルにデータを書き込む場合は次のようにして
行う。例えば、上記トンネル結合素子７２を構成する磁
性体６０及び６２の磁化が平行の場合を初期状態、反平
行の場合をデータが書き込まれた状態として、これをバ
イナリ−データの０．１に対応させる。この対応は逆で
もよい。初期状態にあるトンネル結合素子７２に、スイ
ッチングトランジスタ７０を導通させることにより、コ
イル６６が発生する磁場によって、磁性体６２の磁化を
逆転させる。また、データを消去する場合は、コイル６
６により逆方向の磁場を発生させて、磁性体６２の磁化
を再度逆転させて、初期状態に戻せばよい。

また、コイル６６を含む磁場発生回路に超電導線を用い
ることにより、大きな磁場を発生させることができる。

磁性体６０．６２に永久磁石材料を用いマイクロ磁石と
することによって、記録されたデータを非常に安定して
保持することができる。第１６図は、トンネル結合素子
７２及び磁場発生コイル６６の構成例を示すものである
。磁性体６０と６２、及び絶縁体６４によってトンネル
結合素子７２を構成しており、軟磁性体８６と磁性体６
２は磁気的に結合している。さらに、ハーフターンの導
体８８に流れる電流により軟磁性体８６を磁化し、磁性
体６２に磁場を印加する。例えば、このような構成とす
ることによりメモリセルを平面化、小型化することがで
きる。

次に、書き込まれたデータを読み出す場合、スイッチン
グトランジスタ６８を導通状態にし、トンネル結合素子
７２に通電する。この磁性体６０゜６２の磁化が平行状
態か反平行状態かによってコンダクタンスが異なるため
、その違いによって書き込まれているデータの内容を知
ることができる。

次に、上記磁気メモリに使用される磁性薄膜の第１の実
施例を説明する。

原子分率で２２％のＺｒ、残部が実質的にＣ。

からなる合金ターゲットを用いて、ＲＦスパッタ装置に
より石英基盤上に１μｍの膜厚の薄膜を作成した。

この時スパッタ条件は、 ＲＦ人力　　　　　　６００Ｗ Ａｒガス圧　　　　　５Ｘ１０−３ｔｏｒｒ基盤温度　
　　　　　１．５０℃ デポジットレート　　０．５μｍ　／　ｈであった。

得られた磁性薄膜を真空中７００℃、１０分間の熱処理
を行い、高感度ＶＳＭにより、膜面と垂直方向及び水平
方向の磁化過程を調べた。この結果、得られた薄膜は膜
面と垂直方向に容易磁化軸を持ち、ａ　（１０ｋ　Ｏｅ
　）　−５０ｅ　ｍ　ｕ　／　ｇ　。

Ｈｃ−４，８ｋＯｅの磁性特性を有していた。

このように、大きな保持力を有する磁性薄膜は、メモリ
セルとして微細化しても十分な磁気特性を得ることがで
きるので、集積化に適する。また、この磁性薄膜は、希
土類元素のような酸化され易い元素を含んでいないので
、耐蝕性に優れ、従って製造し易くかつ長期に使用でき
るメリットを有している。

次に、他の磁性薄膜の実施例を説明する。

上記第１実施例と同様の方法で表１に示す組成の磁性薄
膜を作製した。得られる薄膜の磁化容易軸は全て膜面と
垂直方向であった。膜面と垂直方向の磁気特性を表１に
示す。

組成（原子比） Ｈｒ＋６ＣＯフｓＢ　　３　５１４ Ｚｒ＋６Ｔｉ４ＣＯ７６Ｂ　４ Ｚｒ＋６Ｈｆ４　Ｃ０７７Ｂ　　３ １１ｒ＋ｇＣＯ７ｇＦｅ、Ｂ　４ Ｚｒ２ｏＣＯ７ｓＦ（。

Ｚｒ２ｏＣＯｒｑＮ］ｓ 表　　　　１ ａ　（ｌｏｋｏｅ）ｅｍｕ／ｇ　＋　Ｈ６０６゜ ５０４゜ ５０３゜ ６０３゜ ６０３゜ ５０３゜ この磁性薄膜においても大きな保持力を有するので、上
記実施例と同様の効果がある。

［発明の効果コ 以上詳述した如く本発明によれば、データの高速な書き
込み、消去及びアクセスが可能で、更に長期のデータ保
存が可能な固体磁気メモリセルが提供でき、また、耐食
性に優れた硬質磁性薄膜か提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る磁気メモリセルの構
成概念図、第２図は第１実施例の磁気メモリセルを集積
化した図、第３図は第２実施例に係る磁気メモ゛リセル
の構成概念図、第４図は第３実施例に係る磁気メモリセ
ルの構成概念図、第５図はレーザービームを用いてデー
タの書込み及び読み出しを行う実施例の構成概念図、第
６図は第４実施例に係るメモリセルの構成概念図、第７
図は第４実施例のメモリセルのデータ読み出しに用いる
並列共振回路、第８図は第４実施例のメモリセルのデー
タ読み出しに用いる直列共振回路、第９図は過電流防止
用抵抗を付加したデータ読み出し用直列共振回路、第１
０図は第４実施例に素子として用いられるマイクロイン
ダクタの構成図、第１１図は第４実施例のメモリセルに
おいてデータの書き込み、消去手段としてレーザービー
ムを用いるメモリセルの構成概念図、第１２図は第５実
施例に係るメモリセルの構成概念図、第１３図は磁場発
生回路による磁場強度を計算するのに用いた１ターンコ
イルを示す図、第１４図は第６実施例に係るメモリセル
の構成概念図、第１５図は第７実施例に係るメモリセル
の構成概念図、第１６図は第７実施例におけるトンネル
結合素子及び磁場発生回路の構成例を示す図である。 １０・・・発熱素子、１２・・・磁気抵抗素子、１４・
・・スイッチングトランジスタ、１６・・・トランスフ
ァーゲート、１８・・・磁性薄膜、２０．２２，２４．
２６，２８．３０・・・リード線、３２．３４・・・シ
リコン層、３６・・・開口。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第１３ 図 第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁化容易軸が膜面垂直方向成分を有する磁性薄膜
   と、 前記磁性薄膜を局所的に加熱するための加熱回路と、 前記磁性薄膜から情報を読み出す読み出し回路であって
   、 前記磁性薄膜と磁気的に結合できる程度に近接して配置
   され少くとも印加磁界の大きさによって抵抗値が変化す
   る磁気抵抗素子と、 前記磁気抵抗素子と直列に接続されたトランスファーゲ
   ートとから成る読み出し回路とを有することを特徴とす
   る磁気メモリセル。
2. （２）磁化容易軸が膜面垂直方向成分を有する磁性薄膜
   と、 前記磁性薄膜に局所磁場を印加して前記磁性薄膜の情報
   を変化させるための磁場発生回路と、前記磁性薄膜から
   情報を読み出す読み出し回路であって、 前記磁性薄膜と磁気的に結合できる程度に近接して配置
   されたホール素子と、 前記ホール素子と直列に接続されトランスファーゲート
   から成る読み出し回路とを有することを特徴とする磁気
   メモリセル。
3. （３）２つの磁性体が絶縁体層を介してトンネル接合さ
   れているメモリ素子と、 前記トンネル接合素子と直列に接続されたトランスファ
   ーゲートと、 前記磁性体の少くとも１つに磁気的に結合できる程度に
   近接して配置された磁場発生回路とを有することを特徴
   とする磁気メモリセル。
4. （４）原子分率で６〜１５％のＭ（ＭはＴｉ、Ｚｒ、又
   はＨｆの一種以上）を有し、残部が実質的にＦｅ、Ｃｏ
   又はＮｉの一種以上からなり、磁化容易軸が膜面垂直方
   向成分を有することを特徴とする硬質磁性薄膜。