JPH0689568A - Memory element - Google Patents

Memory element

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Publication number
JPH0689568A
JPH0689568A JP4240419A JP24041992A JPH0689568A JP H0689568 A JPH0689568 A JP H0689568A JP 4240419 A JP4240419 A JP 4240419A JP 24041992 A JP24041992 A JP 24041992A JP H0689568 A JPH0689568 A JP H0689568A
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JP
Japan
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thin film
magnetic
memory
film
magnetostriction
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Pending
Application number
JP4240419A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kobayashi
浩 小林
Hiroshi Oji
浩 大路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable non-volatility, large capacity, high reliability and high-speed access at a low cost by constituting the memory element at least with a magnetic thin film having magnetorestriction and a piezoelectric thin film disposed in a position proximate thereto to the extent of being elastically couplable therewith. CONSTITUTION:The memory element is constituted of at least the magnetic thin film 2 having the magnetorestriction and the piezoelectric thin film 1 disposed in a position proximate thereto to the extent of being elastically couplable therewith. Electrodes 3, 4 are mounted thereto and these electrodes 3, 4 are connected to sense lines 5, 6 and a word line 7 is disposed. The magnetic thin film 2 is the magnetic film formed by laminating a magnetic film expressed by Co, Fe, M (M is at least one kind of the elements selected from among V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Hf, N and O) or the oxides thereof and a soft magnetic film. The memory elements are disposed in a matrix form and are laminated via sepn. layers in plural steps. Magnetic fields are impressed to the magnetic thin film 2 and the change in the strain induced by the impression of the magnetic field is converted to an electric signal by the piezoelectric thin film 1, by which the signal is read out.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜磁性体の磁化の向
きによって情報を記録するメモリ素子、そのメモリ素子
を行列状に配置したメモリ、その読出し方法および前記
メモリの製法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a memory element for recording information according to the magnetization direction of a thin film magnetic material, a memory in which the memory elements are arranged in a matrix, a method for reading the same, and a method for manufacturing the memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、コンピューターなどの外部記憶装
置は、HDD、FDDなどの磁気記録あるいはODDな
どの光記録を用いている。これらの記録装置は、不揮
発、大容量、低コストという長所を有するが、読み出す
情報のある場所まで磁気ヘッドなどの読みだし機構を機
械的に移動することが必要で有り、このためにアクセス
時間の向上に限界があることや、可動部を有するため必
然的に装置の重量が重いことなどの短所を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, an external storage device such as a computer uses magnetic recording such as HDD and FDD or optical recording such as ODD. These recording devices have advantages of non-volatility, large capacity, and low cost, but it is necessary to mechanically move a reading mechanism such as a magnetic head to a place where there is information to be read. There are drawbacks such as a limited improvement and the inevitably heavy weight of the device because it has a movable part.

【0003】一方、前記コンピューターなどの主記憶装
置には、高速のアクセスが可能な半導体メモリが用いら
れている。しかし、半導体メモリは小容量、高コストで
あり、その主流であるRAMは記憶の保持に一定の電圧
を常に必要とする。近年、半導体メモリの短所である揮
発性を解決するためフラッシュメモリなどが開発されて
いるが、書込み回数などに制限があり、まだ信頼性が充
分でないという問題がある。
On the other hand, a semiconductor memory that can be accessed at high speed is used for the main memory such as the computer. However, the semiconductor memory has a small capacity and high cost, and the RAM, which is the mainstream thereof, always requires a certain voltage to retain the memory. In recent years, flash memories and the like have been developed in order to solve the disadvantage of semiconductor memories, such as volatility, but there is a problem that the number of times of writing is limited and the reliability is still insufficient.

【0004】これらの問題に対し、安定した特性を有す
る磁性薄膜を用いた磁気メモリが提案されている。たと
えば、特開平4-23293号公報に記載された磁気メモリセ
ルの一例を図14に示す。図14において、60は発熱素子、
62は磁気抵抗素子、64はスイッチングトランジスタ、66
はトランスファゲート、68は磁性薄膜、70、72、74、7
6、78、80はリード線である。情報の記録は、磁性薄膜
の磁化を上向きにするか下向きにするかで行う。
In response to these problems, a magnetic memory using a magnetic thin film having stable characteristics has been proposed. For example, FIG. 14 shows an example of the magnetic memory cell described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-23293. In FIG. 14, 60 is a heating element,
62 is a magnetoresistive element, 64 is a switching transistor, 66
Is a transfer gate, 68 is a magnetic thin film, 70, 72, 74, 7
6, 78 and 80 are lead wires. Information is recorded by setting the magnetization of the magnetic thin film upward or downward.

【0005】つぎに動作について説明する。まず記録に
ついて説明する。初期状態において磁性薄膜68の磁化は
一様に上向きとする。あるセルのスイッチングトランジ
スタ64をオンすると、この部分の磁性薄膜68は加熱され
ることにより温度が上昇して保持力が下がり、ついには
反磁界の影響で磁化が反転し、下向きになる。一方、ス
イッチングトランジスタ64をオンしないセルは磁化は反
転せず、上向きのままである。このようにして任意のセ
ルの磁化を一意に決めることができ、信号の記録が可能
である。
Next, the operation will be described. First, recording will be described. In the initial state, the magnetization of the magnetic thin film 68 is uniformly upward. When the switching transistor 64 of a certain cell is turned on, the magnetic thin film 68 in this portion is heated to raise its temperature and its coercive force is lowered, and finally the magnetization is reversed due to the influence of the demagnetizing field, and the magnetic thin film 68 is directed downward. On the other hand, in the cells that do not turn on the switching transistor 64, the magnetization does not reverse and remains upward. In this way, the magnetization of any cell can be uniquely determined, and the signal can be recorded.

【0006】信号の消去は下向きの磁化のセルだけにつ
いて、特定の加熱条件下で磁区が消去する特性を利用し
て行う。
The signal is erased only in the cell having the downward magnetization by utilizing the characteristic that the magnetic domain erases under a specific heating condition.

【0007】再生は、磁化が上向きのばあいと下向きの
ばあいとで磁気抵抗素子62に対する磁界の大きさが異
なることを利用して行う。磁界の大きさが異なる理由
は、上向きのばあいは周辺の磁化も上向きで同じ方向で
あるのに対し、下向きのばあいは周辺が上向きであるた
め磁界が弱められるからである。また磁気抵抗素子は印
加磁界により電気抵抗が変化するものであるので、抵抗
を測定することによって信号を読むことができる。
Reproduction is carried out by utilizing the fact that the magnitude of the magnetic field with respect to the magnetoresistive element 62 differs depending on whether the magnetization is upward or downward. The reason why the magnitudes of the magnetic fields are different is that the magnetization in the periphery is in the same direction in the upward direction when the magnetization is upward, whereas the magnetic field is weakened in the downward direction because the periphery is upward. Moreover, since the electric resistance of the magnetoresistive element changes depending on the applied magnetic field, the signal can be read by measuring the resistance.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし前記の磁性薄膜
を用いた磁気メモリでは、メモリの1セルに対し、トラ
ンジスタが2個必要であり、メモリの1セルが1トラン
ジスタ、1キャパシタで構成されている半導体メモリの
ダイナミックRAMよりもさらに集積度が低くなる。ま
た、トランジスタの必要性より、メモリセルの基板はS
iなどの半導体基板が必要となり、3次元構成の大容量
メモリを実現することは容易でない。また信号が電気抵
抗の差異として現れるため、再生時には電流を流して検
出せねばならず、消費電力が大きい。
However, in the magnetic memory using the above magnetic thin film, two cells are required for each cell of the memory, and one cell of the memory is composed of one transistor and one capacitor. The integration degree is lower than that of the dynamic RAM of the semiconductor memory. In addition, the substrate of the memory cell is S due to the necessity of the transistor.
Since a semiconductor substrate such as i is required, it is not easy to realize a large capacity memory having a three-dimensional structure. Further, since the signal appears as a difference in electrical resistance, a current must be passed during detection for detection, and power consumption is high.

【0009】さらに、前記磁気メモリでは、磁性薄膜は
垂直磁化膜であるが、一般に垂直磁化膜は酸化などの変
質がおこりやすく、記録のたびに加熱をすることも変質
を加速し、信頼性にも問題がある。
Further, in the above magnetic memory, the magnetic thin film is a perpendicular magnetic film, but in general, the perpendicular magnetic film is apt to undergo alteration such as oxidation, and heating for each recording also accelerates the alteration, thereby improving reliability. Also has a problem.

【0010】本発明は、前記の諸問題を解決するために
なされたもので、不揮発性、大容量、高信頼性、低コス
トかつ高速のアクセスが可能なメモリ、その読みだし方
法および前記メモリの製法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and is a non-volatile, large-capacity, high-reliability, low-cost and high-speed accessible memory, its reading method, and the memory. The purpose is to provide a manufacturing method.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明のメモリ素子は、
薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ
素子であって、少なくとも磁歪を有する磁性薄膜とそれ
に弾性的に結合できる程度に近接した位置に配された圧
電体薄膜とから構成されていることを特徴とするもので
ある。
The memory device of the present invention comprises:
A memory element that records information according to the direction of magnetization of a thin film magnetic body, and is composed of at least a magnetic thin film having magnetostriction and a piezoelectric thin film arranged at a position close enough to be elastically coupled to it. It is characterized by.

【0012】本発明の請求項2に記載のメモリは、薄膜
磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子
を複数個有するメモリであって、前記メモリ素子の一つ
の記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜と圧電体
薄膜とから構成されており、前記メモリ素子が行列状に
配置され、電気的に結合されていることを特徴とするも
のである。
A memory according to a second aspect of the present invention is a memory having a plurality of memory elements for recording information according to the magnetization direction of the thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element is at least magnetostrictive. The memory element is composed of a magnetic thin film and a piezoelectric thin film, and the memory elements are arranged in a matrix and electrically coupled to each other.

【0013】本発明の請求項3に記載のメモリは、薄膜
磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子
を複数個有するメモリであって、前記メモリ素子の一つ
の記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜と圧電体
薄膜とから構成されており、前記メモリ素子が行列状に
配置され、該行列状に配置されたメモリが分離層を介し
て複数段に積層されていることを特徴とするものであ
る。
A memory according to a third aspect of the present invention is a memory having a plurality of memory elements for recording information according to a magnetization direction of a thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element is at least magnetostrictive. The memory element is composed of a magnetic thin film and a piezoelectric thin film, and the memory elements are arranged in a matrix, and the memories arranged in the matrix are stacked in a plurality of stages with a separation layer interposed therebetween. It is a thing.

【0014】本発明の請求項4に記載のメモリは、薄膜
磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子
を複数個有するメモリであって、前記メモリ素子の一つ
の記録単位が少なくとも磁化容易軸が膜面の面内にあり
かつ磁歪を有する磁性薄膜と、該磁性薄膜の上部あるい
は下部に直接あるいは近接して配置され膜面の面内方向
に異方性を有する圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の両端の
電圧を読み出す読出し回路とから構成されている複数の
メモリ素子、比較電圧を発生させる電圧発生回路、およ
び該圧電体薄膜の両端の電圧を示す信号と比較電圧を比
較する比較器を有することを特徴とするものである。
A memory according to a fourth aspect of the present invention is a memory having a plurality of memory elements for recording information according to a magnetization direction of a thin film magnetic body, and one recording unit of the memory element is at least easy to magnetize. A magnetic thin film whose axis is in the plane of the film surface and has magnetostriction; a piezoelectric thin film which is arranged directly or close to the upper or lower part of the magnetic thin film and has anisotropy in the in-plane direction of the film surface; A plurality of memory elements each including a read circuit for reading the voltage across the piezoelectric thin film, a voltage generating circuit for generating a comparison voltage, and a comparison for comparing a signal indicating the voltage across the piezoelectric thin film with the comparison voltage. It is characterized by having a container.

【0015】本発明のメモリの読出し方法は、薄膜磁性
体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子を複
数個有し、前記メモリ素子の一つの記録単位が少なくと
も磁歪を有する磁性薄膜と前記磁性薄膜に弾性的に結合
できる程度に近接した位置に配置された圧電体薄膜とで
構成され、前記磁歪を有する磁性薄膜に磁界を印加し、
前記磁界の印加によって誘発される歪の変化を前記圧電
体薄膜により電気信号に変換することによって信号を読
み出すことを特徴とするものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for reading a memory, comprising a plurality of memory elements for recording information according to a magnetization direction of a thin film magnetic body, one recording unit of the memory element having at least magnetostriction and the magnetic thin film. A piezoelectric thin film arranged at a position close enough to be elastically coupled to the thin film, and applying a magnetic field to the magnetic thin film having magnetostriction,
A signal is read by converting a change in strain induced by the application of the magnetic field into an electric signal by the piezoelectric thin film.

【0016】本発明のメモリの製法は、薄膜磁性体の磁
化の向きによって情報を記録するメモリ素子を複数個有
し、前記メモリ素子の一つの記録単位が少なくとも磁歪
を有する磁性薄膜とそれに弾性的に結合できる程度に近
接した位置に配置された圧電体薄膜とで構成されてお
り、前記圧電体薄膜の形成方法が物理的あるいは化学的
蒸着法であり、かつ成膜方向を斜めにすることにより膜
面の面内方向に異方性を誘発させることを特徴とするも
のである。
A method of manufacturing a memory according to the present invention has a magnetic thin film having a plurality of memory elements for recording information according to a magnetization direction of a thin film magnetic body, and one recording unit of the memory element has at least magnetostriction, and an elastic thin film. It is composed of a piezoelectric thin film arranged in a position close enough to be coupled to the piezoelectric thin film, and the piezoelectric thin film is formed by a physical or chemical vapor deposition method, and the film forming direction is inclined. It is characterized by inducing anisotropy in the in-plane direction of the film surface.

【0017】さらに、請求項7記載のメモリは、薄膜磁
性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子を
複数個有するメモリであって、前記メモリ素子の一つの
記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜とそれに弾
性的に結合できる程度に近接した位置に配置された圧電
体薄膜で構成されており、前記磁歪を有する磁性薄膜が
CoxFeyM(MはV、Nb、Ta、Cr、Mo、W、
Ti、Zr、Hf、NおよびOから選ばれた1種類の元
素であり、0<x<1、0<y<1、x+y≦1)、あ
るいはその酸化物で表わされる磁性膜および該磁性膜と
軟磁気特性を有する磁性膜とが積層された磁性薄膜であ
ることを特徴としている。
Further, the memory according to claim 7 is a memory having a plurality of memory elements for recording information according to the direction of magnetization of the thin film magnetic body, and one recording unit of the memory element has at least magnetostriction. The magnetic thin film is composed of a thin film and a piezoelectric thin film arranged at a position close enough to be elastically coupled to the thin film, and the magnetic thin film having magnetostriction is Co x Fe y M (M is V, Nb, Ta, Cr, Mo). , W,
A magnetic film represented by one kind of element selected from Ti, Zr, Hf, N and O and represented by 0 <x <1, 0 <y <1, x + y ≦ 1) or its oxide, and the magnetic film. And a magnetic film having a soft magnetic characteristic are laminated to form a magnetic thin film.

【0018】[0018]

【作用】本発明のメモリ素子は、磁性薄膜の磁化の向き
により信号を記録することができ、前記磁性薄膜の磁化
により生じる磁歪効果により、磁性薄膜の歪みを弾性的
に結合された圧電体薄膜に伝達し、その圧電効果によっ
て再生電圧をうることができる。
The memory element of the present invention can record a signal depending on the direction of magnetization of the magnetic thin film, and the magnetostrictive effect generated by the magnetization of the magnetic thin film elastically couples the strain of the magnetic thin film to the piezoelectric thin film. And a reproducing voltage can be obtained by the piezoelectric effect.

【0019】本発明のメモリにおいては、メモリ素子の
一つ記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜と圧電
体薄膜とで構成されおり、前記メモリ素子が行列状に配
置されているので、前記の作用、効果と共に、メモリ素
子間の配線が単純かつ最小となり、しかも周辺回路も簡
単となる。
In the memory of the present invention, one recording unit of the memory element is composed of at least a magnetic thin film having magnetostriction and a piezoelectric thin film, and the memory elements are arranged in a matrix. In addition to the effect, the wiring between the memory elements is simple and minimal, and the peripheral circuit is also simple.

【0020】本発明のメモリにおいては、メモリ素子の
一つの記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜と圧
電体薄膜とで構成されているメモリ素子が行列状に配置
され、該行列状に配置された複数個のメモリ素子が複数
段に積層された構成により、前記の作用、効果と共に、
平面構造に較べはるかに多くのメモリ素子を単一基板上
に配置できる。
In the memory of the present invention, memory elements each of which has at least one magnetic thin film having magnetostriction and a piezoelectric thin film as a recording unit are arranged in a matrix and arranged in the matrix. Due to the structure in which a plurality of memory elements are stacked in a plurality of stages, in addition to the actions and effects described above,
Much more memory devices can be placed on a single substrate than planar structures.

【0021】本発明によるメモリは、メモリ素子の一つ
の記録単位が少なくとも磁化容易軸が膜面の面内にあり
かつ磁歪を有する磁性薄膜と、該磁性薄膜の上部あるい
は下部に直接あるいは近接して配置され膜面の面内方向
に異方性を有する圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の両端の
電圧を読み出す読出し回路とで構成されている複数のメ
モリ素子、比較電圧を発生させる電圧発生回路および再
生電圧とを比較器により比較する比較器を有するので、
前記の作用、効果と共に、使用温度などの使用条件を広
くとることができ、信頼性の高いメモリとなる。
In the memory according to the present invention, one recording unit of the memory element has a magnetic thin film having at least the easy axis of magnetization in the plane of the film surface and having magnetostriction, and directly or close to the upper or lower part of the magnetic thin film. A plurality of memory elements each including a piezoelectric thin film arranged and having anisotropy in the in-plane direction of the film surface, and a read circuit for reading the voltage across the piezoelectric thin film, and a voltage generating circuit for generating a comparison voltage. And a comparator for comparing the reproduced voltage with the comparator,
In addition to the actions and effects described above, a wide range of usage conditions such as usage temperature can be obtained, and a highly reliable memory can be obtained.

【0022】本発明のメモリの読出し方法は、磁歪を有
する磁性薄膜に磁界を印加し、その結果誘発される歪の
変化を圧電体薄膜により電気信号に変換することによっ
て再生信号を読み出すという方法を採用しているので、
比較的簡単な構成により、信号を確実、かつ、容易に読
み出すことができる。
The memory read method of the present invention is a method of applying a magnetic field to a magnetic thin film having magnetostriction and converting a change in strain induced as a result into an electric signal by the piezoelectric thin film to read a reproduction signal. Since it is adopted,
With a relatively simple configuration, signals can be read reliably and easily.

【0023】本発明のメモリの製法は、圧電体薄膜の形
成方法が物理的あるいは化学的蒸着法であり、かつ成膜
方向を斜めにすることにより、膜面の面内方向に異方性
を容易に誘発させることができる。
In the method of manufacturing the memory of the present invention, the method of forming the piezoelectric thin film is a physical or chemical vapor deposition method, and by making the film forming direction oblique, an anisotropy is obtained in the in-plane direction of the film surface. Can be easily triggered.

【0024】また、磁歪を有する磁性薄膜をCoxFey
Mあるいはその酸化物とすることにより、磁歪定数が大
きくなり、小さな電流で記録、読出しができ、感度が向
上する。
Further, a magnetic thin film having magnetostriction is formed by Co x Fe y
By using M or its oxide, the magnetostriction constant becomes large, recording and reading can be performed with a small current, and the sensitivity is improved.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて詳
細に説明する。 [実施例1]まず、本発明のメモリの一実施例を図に基
づいて説明する。図1は、本発明のメモリにおけるメモ
リ素子の一実施例の構成を示す説明図である。図1にお
いて、1は圧電体薄膜、2は磁性薄膜、3、4は電極、
5、6はセンス線、7はワード線である。図2は本実施
例におけるメモリ素子の斜視図である。図2において、
8はセンス線6とワード線7を電気的に分離するための
絶縁膜である。また、図3はこのメモリ素子を行列状に
配した4×4ビッドのメモリの構成を示す説明図であ
る。図3において、11はメモリ素子、11rは信号レベル
の比較用メモリ素子である。また、5a〜5d、5rは
図1の5に対応したセンス線、6a〜6d、6rは図1
の6に対応したセンス線、7a〜7d、7rは図1の7
に対応したワード線である。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on specific examples. [Embodiment 1] First, an embodiment of the memory of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an embodiment of a memory element in the memory of the present invention. In FIG. 1, 1 is a piezoelectric thin film, 2 is a magnetic thin film, 3 and 4 are electrodes,
Reference numerals 5 and 6 are sense lines, and 7 is a word line. FIG. 2 is a perspective view of the memory device according to this embodiment. In FIG.
Reference numeral 8 is an insulating film for electrically separating the sense line 6 and the word line 7. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the structure of a 4 × 4 bid memory in which the memory elements are arranged in a matrix. In FIG. 3, 11 is a memory element, and 11r is a signal level comparison memory element. Further, 5a to 5d and 5r are sense lines corresponding to 5 in FIG. 1, and 6a to 6d and 6r are shown in FIG.
The sense lines 7a to 7d and 7r corresponding to 6 in FIG.
Is a word line corresponding to.

【0026】まず記録動作について説明する。図4
(a)、(b)にメモリ素子11における磁性薄膜2の磁
化の向き13を示す。本実施例においては、磁性薄膜2
は、たとえば、ガラスやSiなどの非導電性基板上にF
xCoyV(0.4<x<1、0<y<0.6、0<x+y≦
1、合金の組成x、yは原子比を示す、以下、FeCo
V合金という)を200nmとNixFe(0.1<x<0.6、
合金の組成xは原子比を示す、以下NiFe合金とい
う)を10nmとした積層膜を15層スパッタで成膜したも
のであり、保持力は3 Oe、磁歪定数は2×10-5の特
性を有している。この磁性薄膜2は膜面内に異方性を有
しており、外部より印加磁界がないばあい磁化の向き13
は、その磁化容易方向12に平行になるため、図4(a)
あるいは図4(b)に示された向きになる。ここで図4
(a)の状態をビット「1」に、図4(b)の状態をビ
ット「0」に対応させることにより、この素子は1ビッ
トの記録素子とすることができる。
First, the recording operation will be described. Figure 4
(A) and (b) show the magnetization direction 13 of the magnetic thin film 2 in the memory element 11. In this embodiment, the magnetic thin film 2
Is, for example, F on a non-conductive substrate such as glass or Si.
e x Co y V (0.4 <x <1, 0 <y <0.6, 0 <x + y ≦
1. The composition x and y of the alloy indicate the atomic ratio.
V alloy is 200 nm and Ni x Fe (0.1 <x <0.6,
The composition x of the alloy is an atomic ratio, hereinafter referred to as a NiFe alloy), and a laminated film having a thickness of 10 nm is formed by 15-layer sputtering. The coercive force is 3 Oe and the magnetostriction constant is 2 × 10 −5 . Have This magnetic thin film 2 has anisotropy in the film plane, and when there is no magnetic field applied from the outside, the direction of magnetization 13
Is parallel to the direction 12 of easy magnetization, so that FIG.
Alternatively, the orientation is as shown in FIG. Figure 4
By associating the state of (a) with the bit "1" and the state of FIG. 4 (b) with the bit "0", this element can be a 1-bit recording element.

【0027】つぎに記録方法について説明する。なお、
以下の各図の(a)、(b)はそれぞれ図4の(a)、
(b)に対応する。初期状態は、図4に示したいずれか
一方の状態である。図5に示すように、このメモリ素子
のワード線7に記録電流IWW14を流すとアンペアーの法
則にしたがい、磁界Hexw15が発生する。この磁界Hexw
15が充分に大きい値であれば、磁化の向き13は初期状態
が図4に示すいずれの状態であっても、磁化容易軸と垂
直方向の磁界Hexwと同じ向きに磁化される。つぎに図
6(a)〜(b)に示すようにセンス線6に磁化方向決
定電流Iws16aまたは16bを流すとアンペアーの法則に
したがい、磁界Hexs17aあるいは17bが発生する。電
流16(16a、16b)の方向は記録状態をビット「1」に
するばあいは同図(a)、ビット「0」にするばあいは
同図(b)に示す方向である。磁界Hexw15と磁界Hexs
17(17a、17b)の合成磁界により、磁化の向きは13a
あるいは13bとなる。この状態でメモリ素子11に流れて
いる電流Iww14とIws16をオフすると、図4に示した
(a)または(b)の状態になる。この記録過程は消去
過程がない重ね書き記録である。
Next, the recording method will be described. In addition,
(A) and (b) of the following figures are (a) and (b) of FIG. 4, respectively.
Corresponds to (b). The initial state is one of the states shown in FIG. As shown in FIG. 5, when a recording current I WW 14 is passed through the word line 7 of this memory element, a magnetic field H exw 15 is generated according to Ampere's law. This magnetic field H exw
If 15 is a sufficiently large value, the magnetization direction 13 is magnetized in the same direction as the magnetic field H exw in the direction perpendicular to the easy axis of magnetization, regardless of the initial state shown in FIG. Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, when the magnetization direction determining current I ws 16a or 16b is passed through the sense line 6, a magnetic field H exs 17a or 17b is generated according to Ampere's law. The direction of the current 16 (16a, 16b) is as shown in FIG. 7A when the recording state is set to bit "1" and as shown in FIG. Magnetic field H exw 15 and magnetic field H exs
The direction of magnetization is 13a due to the synthetic magnetic field of 17 (17a, 17b).
Or 13b. In this state, when the currents I ww 14 and I ws 16 flowing in the memory element 11 are turned off, the state of (a) or (b) shown in FIG. 4 is obtained. This recording process is an overwrite recording without an erasing process.

【0028】なお説明を簡単にするために、上記記録過
程においてメモリ素子11に電流Iww14とIws16を順次
流すようにしたが、時間的に逆あるいは同時であっても
同様の動作となる。また、ワード線7に電流Iww14を流
さなくても磁化決定電流Iws16だけで記録は可能であ
る。ただし、磁化の向きを反転させる、すなわち図4の
(a)から(b)の状態へ、あるいは(b)から(a)
の状態にするために必要な磁界は前記の電流1ww14を流
したばあい、すなわちバイアス磁界を加えたばあいに較
べてかなり大きくなるので、磁化決定電流Iws16はかな
りの大きさを必要とする。
In order to simplify the explanation, the currents I ww 14 and I ws 16 are sequentially passed through the memory element 11 in the recording process, but the same operation is performed even if they are reversed in time or simultaneously. Become. Further, recording can be performed only by the magnetization determining current I ws 16 without flowing the current I ww 14 in the word line 7. However, the direction of magnetization is reversed, that is, from the state of (a) to (b) of FIG. 4, or from (b) to (a).
Since the magnetic field required to obtain the state of 1 is much larger than when the current 1 ww 14 is applied, that is, when a bias magnetic field is applied, the magnetization determining current I ws 16 has a considerable magnitude. I need.

【0029】つぎに再生過程、すなわち読出し方法につ
いて説明する。図7に図4の記録状態のメモリ素子のワ
ード線7に読出し電流Irw18を流したときの磁化の向き
13a、13bを示す。これは記録過程のときと同様に電流
rwを流すことによりアンペアーの法則にしたがう磁界
exr19が発生し、その磁界により磁化の向きが磁界H
exr19の向きに若干回転したためである。磁化の向きが
exr19に平行にならないように、読出し電流Irwによ
り発生する磁界Hexr19は記録過程で示した磁界Hexw15
より小さくする必要がある。したがって、前述の適当な
大きさの磁界Hexr19が発生するように読出し電流Irw1
8の大きさは設定される。
Next, the reproducing process, that is, the reading method will be described. FIG. 7 shows the direction of magnetization when a read current I rw 18 is applied to the word line 7 of the memory element in the recording state shown in FIG.
13a and 13b are shown. This is because the magnetic field H exr 19 according to Ampere's law is generated by passing the current I rw as in the recording process, and the direction of magnetization is the magnetic field H exr 19.
This is because it rotated a little in the direction of exr 19. So that the magnetization direction is not parallel to the H exr 19, the magnetic field H EXW 15 field H exr 19 generated by the read current I rw is shown in a recording process
Need to be smaller. Therefore, the read current I rw 1 is generated so that the magnetic field H exr 19 having the appropriate magnitude is generated.
The size of 8 is set.

【0030】図8(a)〜(b)は磁性薄膜2および圧
電体薄膜1の歪を模式的に示した説明図である。歪んだ
方向を図7(a)〜(b)に対応してそれぞれ21、22と
し、圧電体薄膜の膜厚方向を23で示している。なお圧電
体薄膜1と磁性薄膜2は弾性的、機械的に結合されてい
るため、磁性薄膜2も圧電体薄膜と同様の歪みが生じて
いる。本実施例においては圧電体薄膜はZnOである。
前記ZnO膜を形成する際、方向21に沿って垂直方向23
より20〜70度斜め方向にスパッタを行いZnO膜をたと
えば、0.1〜1μmの厚さで形成させると、図9に示す
ように斜め方向にZnOの結晶が成長する。図9におい
て、結晶粒は24で示される。このばあい、面内における
異方性が生じ、方向21が歪んだばあいと方向22が歪んだ
ばあいでは、同じ歪のばあい、膜厚方向に発生する電圧
Eに差異がある。ここで、方向21に歪んだばあいおよび
方向22に歪んだばあいの電圧をそれぞれEa、Ebとす
る。この電圧Ea、Ebは圧電体薄膜1の両端に発生す
るが、本実施例では磁性薄膜2は金属であり導電率が大
きく電極4とほぼ同電位となるので、結局センス線5、
6間の電圧とほぼ等しい。
FIGS. 8A and 8B are explanatory views schematically showing the strain of the magnetic thin film 2 and the piezoelectric thin film 1. The distorted directions are 21 and 22 respectively corresponding to FIGS. 7A and 7B, and the film thickness direction of the piezoelectric thin film is 23. Since the piezoelectric thin film 1 and the magnetic thin film 2 are elastically and mechanically coupled to each other, the magnetic thin film 2 is distorted similarly to the piezoelectric thin film. In this embodiment, the piezoelectric thin film is ZnO.
When forming the ZnO film, a vertical direction 23 is formed along the direction 21.
When a ZnO film having a thickness of, for example, 0.1 to 1 μm is formed by performing oblique sputtering at an angle of 20 to 70 degrees, ZnO crystals grow in an oblique direction as shown in FIG. In FIG. 9, the crystal grain is indicated by 24. In this case, in-plane anisotropy occurs, and when the direction 21 is distorted and the direction 22 is distorted, the voltage E generated in the film thickness direction is different under the same strain. Here, the voltages in the case of distortion in the direction 21 and in the case of distortion in the direction 22 are Ea and Eb, respectively. The voltages Ea and Eb are generated at both ends of the piezoelectric thin film 1, but in the present embodiment, the magnetic thin film 2 is a metal, has a large conductivity, and has substantially the same potential as the electrode 4, so that the sense line 5,
It is almost equal to the voltage across 6.

【0031】本実施例では、圧電体薄膜としてZnOを
斜め方向にスパッタしたものを用いているが、この圧電
体薄膜の機能として、電気抵抗が高くしかも面内の一方
向の歪みによる膜厚方向の発生電圧が、面内の他の方向
の歪みによる膜厚方向の発生電圧と異なることが必要で
あって、それを満たす圧電材料であればいかなる材料で
もよい。したがって、本発明では水晶、LiNbO3
LiTaO3などの圧電体薄膜をエピタキシャル成長さ
せて、たとえば0.1〜1μm程度の厚さの膜とするか
、または通常の方法では面内方向には異方性の発生し
ない薄膜を斜め方向から成膜して異方性を誘発させるこ
とにより、前記条件を満足させる圧電体薄膜として用い
ることができる。成膜方法については、スパッタなどの
物理的蒸着方法、CVDなどの化学的蒸着方法のいずれ
の方法も用いることができる。またZnOのスパッタ膜
においては、成膜時における基板を200〜400℃程度に加
熱することによってより良好な特性の圧電体薄膜がえら
れているが、面内の二つの方向の歪みにより発生電圧が
異なるという圧電体薄膜の機能を有する条件であれば他
の条件でもよい。
In this embodiment, the piezoelectric thin film is formed by sputtering ZnO in an oblique direction. The piezoelectric thin film has a high electric resistance and a film thickness direction due to in-plane unidirectional strain. It is necessary that the generated voltage in the film thickness be different from the generated voltage in the film thickness direction due to the strain in the other direction in the plane, and any material may be used as long as it satisfies the voltage. Therefore, in the present invention, quartz, LiNbO 3 ,
A piezoelectric thin film such as LiTaO 3 is epitaxially grown to form a film having a thickness of, for example, about 0.1 to 1 μm, or a thin film that does not cause anisotropy in the in-plane direction is formed obliquely by a normal method. It can be used as a piezoelectric thin film satisfying the above-mentioned conditions by inducing anisotropy. As a film forming method, either a physical vapor deposition method such as sputtering or a chemical vapor deposition method such as CVD can be used. In addition, in the case of a ZnO sputtered film, a piezoelectric thin film with better characteristics is obtained by heating the substrate at the time of film formation to about 200 to 400 ° C. Other conditions may be used as long as the conditions have the function of the piezoelectric thin film that is different.

【0032】前述したようにメモリ素子が構成されてい
るのでワード線7に読出し電流を流したとき、そのワー
ド線7につながる全てのメモリ素子は、EaあるいはE
bの電圧をセンス線5、6間に発生させる。たとえば図
3の斜線で表わしたメモリ素子の記録を再生するばあ
い、ワード線7cに読出し電流を流し、センス線5c、
6c間の電圧を測定すればよい。このばあい電圧がEa
ならばビット「1」であり、Ebならばビット「0」で
ある。本実施例では図3における比較用メモリ素子11r
を予めすべてビット「0」に記録し、センス線5c、6
c間の電圧Emと5r、6r間の電圧Erを比較するこ
とにより読み出すメモリ素子のビットを認識する。すな
わちEmとErがある程度以上の差があるばあいビット
「1」であり、差が小さいばあいはビット「0」であ
る。理想的には、読み出すメモリ素子がビット「0」の
ばあいはEmとErは全く同じになるが、実際上はZn
O膜の製造などにおいてばらつきがあり多少異なる値と
なる。したがって、適当なしきい値を設けることによ
り、前述した2値を認識できる。
Since the memory element is configured as described above, when a read current is applied to the word line 7, all the memory elements connected to the word line 7 are Ea or E.
The voltage of b is generated between the sense lines 5 and 6. For example, when the recording of the memory element indicated by the hatched lines in FIG. 3 is reproduced, a read current is passed through the word line 7c and the sense line 5c,
The voltage between 6c may be measured. In this case, the voltage is Ea
If so, it is a bit "1", and if Eb, it is a bit "0". In this embodiment, the comparison memory element 11r shown in FIG.
Are all recorded in the bit "0" in advance, and the sense lines 5c, 6
The bit of the memory element to be read is recognized by comparing the voltage Em between c and the voltage Er between 5r and 6r. That is, the bit is "1" when the difference between Em and Er exceeds a certain level, and the bit is "0" when the difference is small. Ideally, if the memory element to be read has bit "0", Em and Er are exactly the same, but in reality, Zn is
There are variations in the manufacture of the O film, etc., and the values are slightly different. Therefore, the binary value described above can be recognized by providing an appropriate threshold value.

【0033】前述の説明では、メモリの構成を4×4ビ
ットとした例について説明したが、ビット構成は全くの
任意であり、ビット数もメガビットのレベルであったほ
うが好ましい。
In the above description, an example in which the memory configuration is 4 × 4 bits has been described, but the bit configuration is completely arbitrary, and it is preferable that the number of bits is also a megabit level.

【0034】また、比較電圧Erの発生回路の動作は、
比較用メモリ素子より発生する電圧によって行っている
が、抵抗間電圧を用いるなど、他の方法であっても同様
の効果をうることができる。
The operation of the comparison voltage Er generating circuit is as follows.
Although the voltage is generated by the memory element for comparison, the same effect can be obtained by other methods such as using a voltage between resistors.

【0035】[実施例2]実施例1では、平面構造のも
のについて示したが、本実施例では、この構造を多層化
することにより一層大規模のメモリが実現したものであ
る。本発明のメモリ素子の基本構造は磁性薄膜と圧電体
薄膜および電極で構成されており、トランジスタなどの
スイッチング素子を必要としないため、メモリ素子部の
基板をSiなどの半導体にする必要がない。このため、
メモリ素子部を複数層積層するのは容易である。前記メ
モリ素子部が複数層積層されたメモリについての一実施
例を図に基づいて説明する。
[Embodiment 2] In Embodiment 1, a planar structure is shown, but in this embodiment, a larger scale memory is realized by making this structure multi-layered. Since the basic structure of the memory element of the present invention is composed of a magnetic thin film, a piezoelectric thin film and electrodes, and does not require a switching element such as a transistor, it is not necessary to use a semiconductor such as Si for the substrate of the memory element part. For this reason,
It is easy to stack a plurality of layers of the memory element part. An embodiment of a memory in which the memory element portion is laminated in a plurality of layers will be described with reference to the drawings.

【0036】図10は多層化されたメモリの概念を示す説
明図である。図中、25は解読器、26はワード線選択回
路、27はセンス線選択回路、28は比較器、29〜32はメ
モリ素子層である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the concept of a multi-layered memory. In the figure, 25 is a decoder, 26 is a word line selection circuit, 27 is a sense line selection circuit, 28 is a comparator, and 29 to 32 are memory element layers.

【0037】この回路で、前記解読器25とワード線選択
回路26とによりアドレス信号を受け、そのアドレス信号
によって指定されたワード線を選択し、記録電流I
ww(図6参照)または読出し電流Irw(図7参照)の電
流を流す回路に接続する。また、解読器25とセンス線選
択回路27によっても、同様にセンス線を選択し、電流を
流す回路に接続する。
In this circuit, the decoder 25 and the word line selection circuit 26 receive an address signal, select a word line designated by the address signal, and write current I
ww (see FIG. 6) or read current I rw (see FIG. 7). Similarly, the decoder 25 and the sense line selection circuit 27 similarly select a sense line and connect it to a circuit for passing a current.

【0038】本実施例では、Si基板上に解読器、選択
回路、比較器など25〜28のメモリの周辺回路を設けるこ
とにより安定かつ高速動作を可能とし、その上に分離層
として、たとえばSiO2、Si34、Al23などか
らなる絶縁層を介してメモリ層を4層設けている。
In the present embodiment, stable and high-speed operation is made possible by providing peripheral circuits of 25 to 28 memories such as a decoder, a selection circuit, and a comparator on the Si substrate, and a separation layer such as SiO 2 is provided on the peripheral circuit. Four memory layers are provided via an insulating layer made of 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3, or the like.

【0039】前記絶縁層は、上下のメモリ素子の間隔が
たとえば0.1〜1μm程度になるような厚さで設ければ
よい。これらのメモリ素子層はそれぞれ図3に示すよう
に行列上に配置されたメモリ素子を有している。メモリ
素子層の総数はいくらであってもよく、とくに制限はな
いが、通常たとえば8〜16層程度のメモリ層を有する。
分離層の材料としては、電気伝導度の低いたとえばSi
2のような無機絶縁材、レジストのような有機絶縁材
などがあげられる。
The insulating layer may be provided with a thickness such that the distance between the upper and lower memory elements is, for example, about 0.1 to 1 μm. Each of these memory element layers has memory elements arranged in rows and columns as shown in FIG. The total number of memory element layers may be any number and is not particularly limited, but normally, for example, it has about 8 to 16 memory layers.
The material of the separation layer is, for example, Si having a low electric conductivity.
Examples thereof include an inorganic insulating material such as O 2 and an organic insulating material such as a resist.

【0040】[実施例3]実施例1、2では、メモリ素
子におけるワード線は一本だけであったが、本実施例に
おいては図11に示すように素子の上下にワード線7a、
7bを設けている。その他の構成は、実施例1または実
施例2と同様である。
[Embodiment 3] In Embodiments 1 and 2, there was only one word line in the memory element, but in this embodiment, as shown in FIG. 11, word lines 7a are formed above and below the element.
7b is provided. Other configurations are similar to those of the first or second embodiment.

【0041】このばあい、記録電流Iww14(図5参照)
を上下で逆向きに流すことにより、各々の発生磁界を重
ね合わせることができるのでワード線が1本だけのメモ
リ素子よりも小さい電流で必要な磁界をうることがで
き、ワード線の断面積を小さくすることができる。
In this case, the recording current I ww 14 (see FIG. 5)
, The generated magnetic fields can be superposed, so that the required magnetic field can be obtained with a smaller current than the memory element having only one word line, and the cross-sectional area of the word line can be reduced. Can be made smaller.

【0042】[実施例4]実施例1は、非導電性基板を
用いたメモリ素子の構成例を示したが、本実施例では図
12に示すように、たとえばカーボンなどの導体基板ま
たは前記非導電性基板上にAlやCuなどの導体膜33
を形成し、そのうえに圧電体薄膜1や磁性薄膜2を形成
するようなメモリ素子構造を採用している。その他の構
成は実施例1と同様である。
[Embodiment 4] In Embodiment 1, a configuration example of a memory element using a non-conductive substrate is shown. In this embodiment, as shown in FIG. 12, for example, a conductive substrate such as carbon or the non-conductive substrate is used. Conductor film 33 such as Al or Cu on a conductive substrate
And a piezoelectric thin film 1 and a magnetic thin film 2 are formed thereon. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

【0043】本実施例において、磁性薄膜2がたとえば
FeCoV合金のような導電体であるばあい、電極4が
ない構成とすることもできる。さらに、圧電体薄膜1と
磁性薄膜2が弾性的、機械的に結合し、磁性薄膜2に磁
界を印加する方法を有し、圧電体薄膜の両端の電圧がと
れる構成であれば、いかなる構成であっても、本発明の
効果を発揮する。
In this embodiment, when the magnetic thin film 2 is a conductor such as FeCoV alloy, the electrode 4 may be omitted. Further, the piezoelectric thin film 1 and the magnetic thin film 2 are elastically and mechanically coupled to each other so that a magnetic field is applied to the magnetic thin film 2, and any voltage can be applied across the piezoelectric thin film. Even if there is, the effect of the present invention is exhibited.

【0044】[実施例5]磁性薄膜2として金属磁性体
を用いたメモリでは、電極2とセンス線6はほぼ同電位
であるが、磁性薄膜2が酸化物などの非導電体のばあ
い、同様の構成では圧電体薄膜の両端の電圧をうること
ができない。このばあいのメモリのメモリセルの断面図
を図13に示す。他の構成は実施例1、2、3または4
と同様である。圧電体薄膜1と磁性薄膜2のあいだに電
極4を形成することにより圧電体薄膜1の両端の電圧を
うることができる。ただし、電極4の厚さが厚いばあ
い、圧電体薄膜1と磁性薄膜2の弾性的、機械的結合が
弱くなり再生時の効率が低下するので、適当な厚さ、た
とえば0.01〜0.1μmにする必要がある。この実施例は
磁性薄膜2が導体であってもよい。
[Embodiment 5] In a memory using a metal magnetic material as the magnetic thin film 2, the electrode 2 and the sense line 6 have almost the same potential, but when the magnetic thin film 2 is a non-conductive material such as an oxide, With the same configuration, the voltage across the piezoelectric thin film cannot be obtained. A sectional view of the memory cell of the memory in this case is shown in FIG. Other configurations are as in Examples 1, 2, 3 or 4.
Is the same as. By forming the electrode 4 between the piezoelectric thin film 1 and the magnetic thin film 2, the voltage across the piezoelectric thin film 1 can be obtained. However, if the thickness of the electrode 4 is large, the elastic and mechanical coupling between the piezoelectric thin film 1 and the magnetic thin film 2 will be weakened, and the efficiency during reproduction will be reduced, so that a suitable thickness, for example 0.01 to 0.1 μm, is obtained. There is a need to. In this embodiment, the magnetic thin film 2 may be a conductor.

【0045】[実施例6]また前記実施例では、磁性薄
膜にFeCoV合金とNiFe合金の積層磁性薄膜を用
いているが、磁性薄膜の機能として、異方性を有し、容
易軸方向の保磁力が小さく、磁歪が大きいことが必要で
あり、これを満たせばいかなる磁性薄膜であってもよ
い。また成膜方法は物理的蒸着方法、化学的蒸着方法の
いずれであってもよい。とくに、本発明者らの検討では
Fe−Co系にVなどの第3元素を添加することによ
り、磁歪が実用的な大きさになり、しかもパーマロイな
どの軟磁性薄膜と積層化することにより保磁力を1/10
以下にすることができるため、前記の機能を容易に満た
せることが分かった。その磁性薄膜としてはCoxFey
M(MはV、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Ti、Z
r、Hf、NおよびOから選ばれた1種類の元素であ
り、0<x<1、0<y<1、x+y≦1)、あるいは
その酸化物で表わされる磁性薄膜および該磁性薄膜と軟
磁気特性を有する磁性薄膜とが積層された磁性薄膜使用
することにより、本発明の効果は一層発揮される。その
他の構成は他の実施例と同様である。ここで軟磁性特性
を有する磁性薄膜としては、前述のパーマロイの他、C
oZrNbアモルファス合金、センダストなどを使用で
きる。
[Embodiment 6] In the above-mentioned embodiment, a laminated magnetic thin film of FeCoV alloy and NiFe alloy is used as the magnetic thin film. However, the magnetic thin film has anisotropy and maintains the easy axis direction. It is necessary that the magnetic force is small and the magnetostriction is large, and any magnetic thin film may be used as long as it satisfies these requirements. The film forming method may be either a physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method. In particular, according to the study by the present inventors, by adding a third element such as V to the Fe—Co system, the magnetostriction becomes a practical size, and the protection is achieved by stacking with a soft magnetic thin film such as permalloy. Magnetic force is 1/10
It has been found that the above functions can be easily satisfied because the following can be done. As the magnetic thin film, Co x Fe y
M (M is V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Z
A magnetic thin film represented by 0 <x <1, 0 <y <1, x + y ≦ 1) or its oxide, which is one kind of element selected from r, Hf, N, and O, and the magnetic thin film and the soft thin film. The effect of the present invention is further exerted by using a magnetic thin film in which a magnetic thin film having magnetic characteristics is laminated. Other configurations are similar to those of the other embodiments. Here, as the magnetic thin film having the soft magnetic property, in addition to the above-mentioned permalloy, C
An oZrNb amorphous alloy, sendust, etc. can be used.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上のように本発明の、メモリ素子は薄
膜磁性体の磁化の向きにより信号を記録するため不揮発
性であり、しかも構成材料に特殊の機能を必要としない
ため信頼性の高い材料を選択でき、また素子構成が簡単
であるため、安価に供給することができるという効果を
奏する。
As described above, the memory element of the present invention is non-volatile because it records signals according to the direction of magnetization of the thin film magnetic material, and is highly reliable because it does not require a special function as a constituent material. Since the material can be selected and the element structure is simple, it is possible to supply the material at low cost.

【0047】また請求項2に記載の発明によれば、薄膜
磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子
を複数個有するメモリであって、前記メモリ素子の一つ
の記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜と圧電体
薄膜で構成されており、前記メモリ素子が行列状に配置
された構成となっているので、少ない回路数で単一基板
上に大容量の高速動作かつ不揮発性メモリをうることが
できるという効果を奏する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a memory having a plurality of memory elements for recording information according to the magnetization direction of the thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element is at least magnetostrictive. Since the memory element is composed of the magnetic thin film and the piezoelectric thin film, and the memory elements are arranged in a matrix, a large capacity high-speed operation and non-volatile memory can be obtained on a single substrate with a small number of circuits. There is an effect that can be.

【0048】また請求項3に記載の発明によれば、薄膜
磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子
を複数個有するメモリであって、前記メモリ素子の一つ
の記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜と圧電体
薄膜で構成されているメモリ素子が行列状に配置され、
該行列状に配置されたメモリが複数段に積層された構成
となっているので、単一のチップで高速に動作し、大容
量かつ不揮発性のメモリを安価にうることができるとい
う効果を奏する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a memory having a plurality of memory elements for recording information according to the magnetization direction of the thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element is at least magnetostrictive. Memory elements composed of the magnetic thin film and the piezoelectric thin film are arranged in a matrix,
Since the memories arranged in rows and columns are laminated in a plurality of stages, there is an effect that a single chip operates at high speed and a large-capacity and non-volatile memory can be obtained at low cost. .

【0049】また請求項4に記載の発明によれば、薄膜
磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子
を複数個有するメモリであって、前記メモリ素子の一つ
の記録単位が少なくとも磁化容易軸が膜面の面内にあり
かつ磁歪を有する磁性薄膜と、該磁性薄膜の上部あるい
は下部に直接あるいは近接して配置され膜面の面内方向
に異方性を有する圧電体薄膜と、該圧電体薄膜の両端の
電圧を読み出す読出し回路とで構成されている複数のメ
モリ素子、比較電圧を発生させる電圧発生回路、および
該圧電体薄膜の両端を示す信号と比較電圧とを比較する
比較器を有する構成となっているので、使用温度などの
使用条件を広くとることができるとともに信頼性の高い
メモリをうることができるという効果を奏する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a memory having a plurality of memory elements for recording information according to the magnetization direction of the thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element is at least easy to magnetize. A magnetic thin film whose axis is in the plane of the film surface and has magnetostriction; a piezoelectric thin film which is arranged directly or close to the upper or lower part of the magnetic thin film and has anisotropy in the in-plane direction of the film surface; A plurality of memory elements each including a read circuit for reading the voltage across the piezoelectric thin film, a voltage generating circuit for generating a comparison voltage, and a comparator for comparing a signal indicating both ends of the piezoelectric thin film with the comparison voltage. With such a configuration, it is possible to obtain a wide range of use conditions such as use temperature and obtain a highly reliable memory.

【0050】また本発明のメモリの読出し方法によれ
ば、薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメ
モリ素子を複数個有し、前記メモリ素子の一つの記録単
位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜とそれに弾性的に
結合できる程度の近接した位置に配置された圧電体薄膜
とで構成されているメモリの読出し方法が、前記磁歪を
有する磁性薄膜に磁界を印加し、前記磁界の印加により
誘発される歪の変化を前記圧電体薄膜により電気信号に
変換することによって信号を読み出す方法であるので、
再生過程において少ない消費電力で使用することができ
るという効果を奏する。
According to the memory reading method of the present invention, a magnetic thin film having a plurality of memory elements for recording information depending on the magnetization direction of the thin film magnetic body, and one recording unit of the memory element has at least magnetostriction. And a piezoelectric thin film arranged at a position close enough to be elastically coupled to it, a memory read method is applied by applying a magnetic field to the magnetic thin film having magnetostriction and induced by the application of the magnetic field. Since it is a method of reading out a signal by converting the change in strain due to the piezoelectric thin film into an electric signal,
This has an effect that it can be used with less power consumption in the reproducing process.

【0051】また本発明のメモリの製法によれば、薄膜
磁性体の磁化の向きによって情報を記録するメモリ素子
を複数個有するメモリであって、上記メモリ素子の一つ
の記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜とそれに
弾性的に結合できる程度に近接した位置に配置された圧
電体薄膜で構成され、前記圧電体薄膜の形成方法が物理
的あるいは化学的蒸着法であり、かつ成膜方向を斜めに
することにより膜面の面内方向に異方性を誘発させる製
法であるため、安定した成膜ができる比較的対称性のよ
い結晶晶系の圧電体薄膜用材料を用いることができ、ま
た容易な方法で成膜できるので、高い製造歩留まりをう
ることができ、安価にメモリをうることができるという
効果を奏する。
According to the method of manufacturing a memory of the present invention, the memory has a plurality of memory elements for recording information depending on the magnetization direction of the thin film magnetic body, and one recording unit of the memory element has at least magnetostriction. It is composed of a magnetic thin film and a piezoelectric thin film arranged in a position close enough to be elastically coupled to the magnetic thin film, and the method for forming the piezoelectric thin film is a physical or chemical vapor deposition method, and the film forming direction is oblique. Since it is a manufacturing method that induces anisotropy in the in-plane direction of the film surface, it is possible to use a material for a piezoelectric thin film of a crystal crystal system with relatively good symmetry that allows stable film formation, and is easy. Since the film can be formed by any method, a high manufacturing yield can be obtained, and a memory can be obtained at low cost.

【0052】また、本発明のメモリの磁性薄膜が式Co
xFeyMまたはその酸化物で表わされる磁性膜と軟磁気
特性を有する磁性膜との積層磁性薄膜であるばあい、磁
歪定数が大きいことによりメモリの再生出力が大きくな
るだけでなく、材料的に安定で高い信頼性を有すること
ができ、広い条件で使用できるという効果を奏する。
Further, the magnetic thin film of the memory of the present invention has the formula Co
In the case of a laminated magnetic thin film of a magnetic film represented by x Fe y M or an oxide thereof and a magnetic film having soft magnetic characteristics, the large magnetostriction constant not only increases the reproduction output of the memory but also increases the material properties. It is stable and highly reliable and can be used under a wide range of conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のメモリ素子の一実施例を示す説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of a memory device of the present invention.

【図2】本発明のメモリ素子の一実施例を示す斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of a memory device of the present invention.

【図3】本発明のメモリの一実施例を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing one embodiment of a memory of the present invention.

【図4】本発明のメモリ素子の一実施例における記録状
態を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a recording state in an embodiment of the memory element of the present invention.

【図5】本発明のメモリ素子の一実施例における記録過
程を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a recording process in one embodiment of the memory device of the present invention.

【図6】本発明のメモリ素子の一実施例における記録過
程を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a recording process in one embodiment of the memory device of the present invention.

【図7】本発明のメモリ素子の一実施例における再生過
程を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a reproducing process in one embodiment of the memory device of the present invention.

【図8】本発明のメモリ素子の一実施例における再生過
程を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a reproducing process in one embodiment of the memory device of the present invention.

【図9】本発明のメモリの一実施例におけるメモリ素子
中の圧電体薄膜の結晶粒を模式的に示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing crystal grains of a piezoelectric thin film in a memory element in one example of the memory of the present invention.

【図10】本発明のメモリの一実施例における構成を示
す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of an example of a memory according to the present invention.

【図11】本発明のメモリ素子の一実施例の斜視図であ
る。
FIG. 11 is a perspective view of an embodiment of a memory device of the present invention.

【図12】本発明のメモリ素子の一実施例の斜視図であ
る。
FIG. 12 is a perspective view of an embodiment of a memory device of the present invention.

【図13】本発明のメモリの一実施例におけるメモリ素
子の断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a memory element in one embodiment of the memory of the present invention.

【図14】従来のメモリのメモリ素子の概念を示す説明
図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the concept of a memory element of a conventional memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電体薄膜 2 磁性薄膜 3、4 電極 5、5a〜5d、5r センス線 6、6a〜6d、6r センス線 7、7a〜7d ワード線 11 メモリ素子 11r 比較用メモリ素子 12 磁化容易軸 13、13a、13b 磁化の向き 14 記録電流 15 記録電流による発生磁界 16 磁化方向決定電流 17、17a、17b 磁化方向決定電流による発生磁界 18 読出し電流 19 読出し電流による発生磁界 25 解読器 26 ワード線選択回路 27 センス線選択回路 28 比較器 29〜32 メモリ素子層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 piezoelectric thin film 2 magnetic thin film 3, 4 electrode 5, 5a-5d, 5r sense line 6, 6a-6d, 6r sense line 7, 7a-7d word line 11 memory element 11r comparative memory element 12 easy magnetization axis 13, 13a, 13b Magnetization direction 14 Recording current 15 Magnetic field generated by recording current 16 Magnetization direction determining current 17, 17a, 17b Magnetic field generated by magnetization direction determining current 18 Read current 19 Magnetic field generated by read current 25 Decoder 26 Word line selection circuit 27 Sense line selection circuit 28 Comparator 29 to 32 Memory device layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を
記録するメモリ素子であって、少なくとも磁歪を有する
磁性薄膜と前記薄膜に弾性的に結合できる程度に近接し
た位置に配された圧電体薄膜とから構成されていること
を特徴とするメモリ素子。
1. A memory element for recording information according to the direction of magnetization of a thin film magnetic body, the piezoelectric thin film being disposed at a position close to at least a magnetic thin film having magnetostriction and elastically coupled to the thin film. A memory device comprising:
【請求項2】 薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を
記録するメモリ素子を複数個有するメモリであって、前
記メモリ素子の一つの記録単位が少なくとも磁歪を有す
る磁性薄膜と圧電体薄膜とから構成されており、前記メ
モリ素子が行列状に配置され、電気的に連結されている
ことを特徴とするメモリ。
2. A memory having a plurality of memory elements for recording information according to the direction of magnetization of a thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element comprises at least a magnetic thin film having magnetostriction and a piezoelectric thin film. A memory, wherein the memory elements are arranged in a matrix and are electrically connected.
【請求項3】 薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を
記録するメモリ素子を複数個有するメモリであって、前
記メモリ素子の一つの記録単位が少なくとも磁歪を有す
る磁性薄膜と圧電体薄膜とから構成されており、前記メ
モリ素子が行列状に配置され、該行列状に配置された複
数個のメモリ素子が分離層を介して複数段に積層されて
いることを特徴とするメモリ。
3. A memory having a plurality of memory elements for recording information according to the direction of magnetization of a thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element comprises at least a magnetic thin film having magnetostriction and a piezoelectric thin film. The memory is characterized in that the memory elements are arranged in a matrix, and the plurality of memory elements arranged in the matrix are stacked in a plurality of stages with a separation layer interposed therebetween.
【請求項4】 薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を
記録するメモリ素子を複数個有するメモリであって、前
記メモリ素子の一つの記録単位が少なくとも磁化容易軸
が膜面の面内にありかつ磁歪を有する磁性薄膜と、該磁
性薄膜の上部あるいは下部に直接あるいは近接して配置
され膜面の面内方向に異方性を有する圧電体薄膜と、該
圧電体薄膜の両端の電圧を読み出す読出し回路とから構
成されている複数のメモリ素子、比較電圧を発生させる
電圧発生回路、および該圧電体薄膜の両端の電圧を示す
信号と比較電圧とを比較する比較器を有することを特徴
とするメモリ。
4. A memory having a plurality of memory elements for recording information according to a magnetization direction of a thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element has at least an easy axis of magnetization in a plane of a film surface. A magnetic thin film having magnetostriction, a piezoelectric thin film arranged directly or close to the upper or lower part of the magnetic thin film and having anisotropy in the in-plane direction of the film surface, and reading for reading the voltage across the piezoelectric thin film. A memory having a plurality of memory elements each composed of a circuit, a voltage generation circuit for generating a comparison voltage, and a comparator for comparing a signal indicating the voltage across the piezoelectric thin film with the comparison voltage. .
【請求項5】 薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を
記録するメモリ素子を複数個有し、前記メモリ素子の一
つの記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜と前記
磁性薄膜に弾性的に結合できる程度に近接した位置に配
置された圧電体薄膜とで構成されているメモリの読出し
方法であって、前記磁歪を有する磁性薄膜に磁界を印加
し、前記磁界の印加により誘発される歪の変化を前記圧
電体薄膜により電気信号に変換することによって信号を
読み出すことを特徴とするメモリの読出し方法。
5. A thin film magnetic body having a plurality of memory elements for recording information according to a magnetization direction, and one recording unit of the memory element can be elastically coupled to the magnetic thin film having at least magnetostriction and the magnetic thin film. A method for reading a memory, which comprises a piezoelectric thin film arranged at a position close to each other, wherein a magnetic field is applied to the magnetic thin film having magnetostriction, and a change in strain induced by the application of the magnetic field is suppressed. A method of reading a memory, wherein the signal is read by converting the signal into an electric signal by the piezoelectric thin film.
【請求項6】 薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を
記録するメモリ素子を複数個有し、前記メモリ素子の一
つの記録単位が少なくとも磁歪を有する磁性薄膜とそれ
に弾性的に結合できる程度に近接した位置に配置された
圧電体薄膜で構成されているメモリの製法であって、前
記圧電体薄膜の形成方法が物理的あるいは化学的蒸着法
であり、かつ成膜方向を斜めにすることにより膜面の面
内方向に異方性を誘発させることを特徴とするメモリの
製法。
6. A thin film magnetic body having a plurality of memory elements for recording information according to a magnetization direction, and one recording unit of the memory element is close to a magnetic thin film having at least magnetostriction and elastically coupled to the magnetic thin film. A method of manufacturing a memory composed of piezoelectric thin films arranged at different positions, wherein the method of forming the piezoelectric thin film is a physical or chemical vapor deposition method, and the film is formed by obliquely forming the film. A method of manufacturing a memory characterized by inducing anisotropy in the in-plane direction of a plane.
【請求項7】 薄膜磁性体の磁化の向きによって情報を
記録するメモリ素子を複数個有するメモリであって、前
記メモリ素子の一つの記録単位が少なくとも磁歪を有す
る磁性薄膜とそれに弾性的に結合できる程度に近接した
位置に配置された圧電体薄膜で構成されており、前記磁
歪を有する磁性薄膜がCoxFeyM(MはV、Nb、T
a、Cr、Mo、W、Ti、Zr、Hf、NおよびOか
ら選ばれた1種類の元素であり、0<x<1、0<y<
1、x+y≦1)、あるいはその酸化物で表わされる磁
性膜および該磁性膜と軟磁気特性を有する磁性膜とが積
層された磁性薄膜であることを特徴とするメモリ。
7. A memory having a plurality of memory elements for recording information according to a magnetization direction of a thin film magnetic body, wherein one recording unit of the memory element can be elastically coupled to a magnetic thin film having at least magnetostriction. The magnetic thin film having magnetostriction is composed of piezoelectric thin films arranged at positions close to each other, and the magnetic thin film having a magnetostriction is Co x Fe y M (M is V, Nb, T
It is one kind of element selected from a, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Hf, N and O, and 0 <x <1, 0 <y <
1, x + y ≦ 1), or a magnetic film represented by an oxide thereof, and a magnetic thin film in which the magnetic film and a magnetic film having soft magnetic characteristics are laminated.
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